Espansione binomiale
L'espansione binomiale usa un'espressione per fare una serie. Utilizza un'espressione tra parentesi come ( x + y ) n {\displaystyle (x+y)^{n}} . Ci sono tre espansioni binomiali.
Le formule
Ci sono fondamentalmente tre formule di espansione binomiale:
( a + b ) 2 = a 2 + 2 a b + b 2 {displaystyle (a+b)^{2}=a^{2}+2ab+b^{2}} |
| 1° (più) |
( a - b ) 2 = a 2 - 2 a b + b 2 {\displaystyle (a-b)^{2}=a^{2}-2ab+b^{2}} | 2° (Meno) | |
( a + b ) ⋅ ( a - b ) = a 2 - b 2 {displaystyle (a+b)\cdot (a-b)=a^{2}-b^{2}} | 3° (Plus-Minus) |
Possiamo spiegare perché ci sono queste 3 formule con una semplice espansione del prodotto:
( a + b ) 2 = ( a + b ) ⋅ ( a + b ) = a ⋅ a + a ⋅ b + b ⋅ a + b ⋅ b = a 2 + 2 ⋅ a ⋅ b + b 2 {displaystyle (a+b)^{2}=(a+b)\cdot (a+b)=a\cdot a+a\cdot b+b\cdot a+b\cdot b=a^{2}+2\cdot a\cdot b+b^{2}
( a - b ) 2 = ( a - b ) ⋅ ( a - b ) = a ⋅ a - a ⋅ b - b ⋅ a + b ⋅ b = a 2 - 2 ⋅ b + b 2 {displaystyle (a-b)^{2}=(a-b)\cdot (a-b)= a-a\cdot b-b\cdot a+b\cdot b=a^{2}-2\cdot a\cdot b+b^{2}
( a + b ) ⋅ ( a - b ) = a ⋅ a - a ⋅ b + b ⋅ a - b ⋅ b = a 2 - b 2 {\displaystyle (a+b)\cdot (a-b)=a\cdot a-a\cdot b+b\cdot a-b\cdot b=a^{2}-b^{2}}
Usando il triangolo di Pascal
Se n {displaystyle n} è un intero ( n ∈ Z {displaystyle n\in \mathbb {Z} } ), usiamo il triangolo di Pascal.
Per espandere ( x + y ) 2 {displaystyle (x+y)^{2}} :
- trovare la riga 2 del triangolo di Pascal (1, 2, 1)
- espandere x {displaystyle x} e y {displaystyle y} in modo che la potenza x {displaystyle x} scenda di 1 ogni volta da n {displaystyle n} a 0 e la potenza y {displaystyle y} salga di 1 ogni volta da 0 a n {displaystyle n}
- moltiplica i numeri del triangolo di Pascal con i termini giusti.
Quindi ( x + y ) 2 = 1 x 2 y 0 + 2 x 1 y 1 + 1 x 0 y 2 {\displaystyle (x+y)^{2}=1x^{2}y^{0}+2x^{1}y^{1}+1x^{0}y^{2}}
Per esempio:
( 3 + 2 x ) 2 = 1 ⋅ 3 2 ⋅ ( 2 x ) 0 + 2 ⋅ 3 1 ⋅ ( 2 x ) 1 + 1 ⋅ 3 0 ⋅ ( 2 x ) 2 = 9 + 12 x + 4 x 2 {\displaystyle (3+2x)^{2}=1\cdot 3^{2}\cdot (2x)^{0}+2\cdot 3^{1}\cdot (2x)^{1}+1\cdot 3^{0}\cdot (2x)^{2}=9+12x+4x^{2}
Quindi come regola:
( x + y ) n = a 0 x n y 0 + a 1 x n - 1 y 1 + a 2 x n - 2 y 2 + ⋯ + a n - 1 x 1 y n - 1 + a n x 0 y n {\displaystyle (x+y)^{n}=a_{0}x^{n}y^{0}+a_{1}x^{n-1}y^{1}+a_{2}x^{n-2}y^{2}+\cdots +a_{n-1}x^{1}y^{n-1}+a_{n}x^{0}y^{n}}
dove a i {displaystyle a_{i}} è il numero alla riga n {displaystyle n} e alla posizione i {displaystyle i} nel triangolo di Pascal.
Esempi
( 5 + 3 x ) 3 = 1 ⋅ 5 3 ⋅ ( 3 x ) 0 + 3 ⋅ 5 2 ⋅ ( 3 x ) 1 + 3 ⋅ 5 1 ⋅ ( 3 x ) 2 + 1 ⋅ 5 0 ⋅ ( 3 x ) 3 {\displaystyle (5+3x)^{3}=1\cdot 5^{3}\cdot (3x)^{0}+3\cdot 5^{2}\cdot (3x)^{1}+3\cdot 5^{1}\cdot (3x)^{2}+1\cdot 5^{0}\cdot (3x)^{3}
= 125 + 75 ⋅ 3 x + 15 ⋅ 9 x 2 + 1 ⋅ 27 x 3 = 125 + 225 x + 135 x 2 + 27 x 3 {\displaystyle =125+75\cdot 3x+15\cdot 9x^{2}+1\cdot 27x^{3}=125+225x+135x^{2}+27x^{3}
( 5 - 3 x ) 3 = 1 ⋅ 5 3 ⋅ ( - 3 x ) 0 + 3 ⋅ 5 2 ⋅ ( - 3 x ) 1 + 3 ⋅ 5 1 ⋅ ( - 3 x ) 2 + 1 ⋅ 5 0 ⋅ ( - 3 x ) 3 {\displaystyle (5-3x)^{3}=1\cdot 5^{3}\cdot (-3x)^{0}+3\cdot 5^{2}\cdot (-3x)^{1}+3\cdot 5^{1}\cdot (-3x)^{2}+1\cdot 5^{0}\cdot (-3x)^{3}
= 125 + 75 ⋅ ( - 3 x ) + 15 ⋅ 9 x 2 + 1 ⋅ ( - 27 x 3 ) = 125 - 223 x + 135 x 2 - 27 x 3 {\displaystyle =125+75\cdot (-3x)+15\cdot 9x^{2}+1\cdot (-27x^{3})=125-223x+135x^{2}-27x^{3}
( 7 + 4 x 2 ) 5 = 1 ⋅ 7 5 ⋅ ( 4 x 2 ) 0 + 5 ⋅ 7 4 ⋅ ( 4 x 2 ) 1 + 10 ⋅ 7 3 ⋅ ( 4 x 2 ) 2 + 10 ⋅ 7 2 ⋅ ( 4 x 2 ) 3 + 5 ⋅ 7 1 ⋅ ( 4 x 2 ) 4 + 1 ⋅ 7 0 ⋅ ( 4 x 2 ) 5 {\displaystyle (7+4x^{2})^{5}=1\cdot 7^{5}\cdot (4x^{2})^{0}+5\cdot 7^{4}\cdot (4x^{2})^{1}+10\cdot 7^{3}\cdot (4x^{2})^{2}+10\cdot 7^{2}\cdot (4x^{2})^{3}+5\cdot 7^{1}\cdot (4x^{2})^{4}+1\cdot 7^{0}\cdot (4x^{2})^{5}
= 16807 + 12005 ⋅ 4 x 2 + 3430 ⋅ 16 x 4 + 490 ⋅ 64 x 6 + 35 ⋅ 256 x 8 + 1 ⋅ 1024 x 10 {\displaystyle =16807+12005\cdot 4x^{2}+3430\cdot 16x^{4}+490\cdot 64x^{6}+35\cdot 256x^{8}+1\cdot 1024x^{10}}
= 16807 + 48020 x 2 + 54880 x 4 + 31360 x 6 + 8960 x 8 + 1024 x 10 {\displaystyle \,=16807+48020x^{2}+54880x^{4}+31360x^{6}+8960x^{8}+1024x^{10}
Domande e risposte
D: Cos'è l'espansione binomiale?
R: L'espansione binomiale è un metodo matematico che utilizza un'espressione per creare una serie utilizzando l'espressione della parentesi (x+y)^n.
D: Qual è il concetto di base dell'espansione binomiale?
R: Il concetto di base dell'espansione binomiale consiste nell'espandere la potenza di un'espressione binomiale in una serie.
D: Che cos'è un'espressione binomiale?
R: Un'espressione binomiale è un'espressione algebrica contenente due termini collegati da un segno più o meno.
D: Qual è la formula dell'espansione binomiale?
R: La formula dell'espansione binomiale è (x+y)^n, dove n è l'esponente.
D: Quanti tipi di espansione binomiale esistono?
R: Esistono tre tipi di espansioni binomiali.
D: Quali sono i tre tipi di espansione binomiale?
R: I tre tipi di espansione binomiale sono: prima espansione binomiale, seconda espansione binomiale e terza espansione binomiale.
D: In che modo l'espansione binomiale è utile nei calcoli matematici?
R: L'espansione binomiale è utile nei calcoli matematici perché aiuta a semplificare espressioni complicate e a risolvere problemi complessi.