16.4 Wzory skróconego mnożenia stopnia 3
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (2 pkt)
Oblicz objętość sześcianu o krawędzi $(4 - \sqrt{3})$ cm.
Objętość sześcianu wynosi $V = (100 - 51\sqrt{3}) \ \text{cm}^3$.
Wzór na objętość sześcianu to:\[ V = a^3 \]Gdzie $a$ to długość krawędzi sześcianu. Podstawiamy daną wartość krawędzi:\[ a = (4 - \sqrt{3}) \ \text{cm} \]Obliczamy objętość, podnosząc długość krawędzi do potęgi trzeciej:\[ V = (4 - \sqrt{3})^3 \]Korzystamy ze wzoru skróconego mnożenia na sześcian różnicy $(x - y)^3 = x^3 - 3x^2y + 3xy^2 - y^3$. W naszym przypadku $x = 4$ i $y = \sqrt{3}$:\[ V = 4^3 - 3 \cdot 4^2 \cdot \sqrt{3} + 3 \cdot 4 \cdot (\sqrt{3})^2 - (\sqrt{3})^3 \]Wykonujemy poszczególne działania:\[ V = 64 - 3 \cdot 16 \cdot \sqrt{3} + 12 \cdot 3 - 3\sqrt{3} \]\[ V = 64 - 48\sqrt{3} + 36 - 3\sqrt{3} \]Grupujemy wyrazy wolne i wyrazy z pierwiastkiem:\[ V = (64 + 36) - (48\sqrt{3} + 3\sqrt{3}) \]\[ V = 100 - 51\sqrt{3} \]Zatem objętość sześcianu wynosi:\[ V = (100 - 51\sqrt{3}) \ \text{cm}^3 \]
Zadanie 2 (4 pkt)
Zamień na iloczyny wyrażenia:
a) $x^3 + 8$
b) $t^3 + 6t^2 + 12t + 8$
c) $8a^3 - 27$
d) $y^3 - 6y^2 + 12y - 8$
a) Wyrażenie $x^3 + 8$ zamienione na iloczyn to $(x+2)(x^2 - 2x + 4)$.
b) Wyrażenie $t^3 + 6t^2 + 12t + 8$ zamienione na iloczyn to $(t+2)^3$.
c) Wyrażenie $8a^3 - 27$ zamienione na iloczyn to $(2a-3)(4a^2 + 6a + 9)$.
b) Wyrażenie $y^3 - 6y^2 + 12y - 8$ zamienione na iloczyn to $(y-2)^3$.
a) Obliczenie dla $x^3 + 8$:
Wykorzystujemy wzór na sumę sześcianów $a^3 + b^3 = (a+b)(a^2 - ab + b^2)$.\[ x^3 + 8 = x^3 + 2^3 \]Podstawiamy do wzoru:\[ (x+2)(x^2 - x \cdot 2 + 2^2) \]\[ (x+2)(x^2 - 2x + 4) \]
b) Obliczenie dla $t^3 + 6t^2 + 12t + 8$:
Rozpoznajemy wzór na sześcian sumy $(a+b)^3 = a^3 + 3a^2b + 3ab^2 + b^3$.\[ t^3 + 6t^2 + 12t + 8 \]Możemy zapisać jako:\[ t^3 + 3 \cdot t^2 \cdot 2 + 3 \cdot t \cdot 2^2 + 2^3 \]Jest to sześcian sumy dla $a=t$ i $b=2$:\[ (t+2)^3 \]
c) Obliczenie dla $8a^3 - 27$:
Wykorzystujemy wzór na różnicę sześcianów $a^3 - b^3 = (a-b)(a^2 + ab + b^2)$.\[ 8a^3 - 27 = (2a)^3 - 3^3 \]Podstawiamy do wzoru:\[ (2a-3)((2a)^2 + 2a \cdot 3 + 3^2) \]\[ (2a-3)(4a^2 + 6a + 9) \]
d) Obliczenie dla $y^3 - 6y^2 + 12y - 8$:
Rozpoznajemy wzór na sześcian różnicy $(a-b)^3 = a^3 - 3a^2b + 3ab^2 - b^3$.\[ y^3 - 6y^2 + 12y - 8 \]Możemy zapisać jako:\[ y^3 - 3 \cdot y^2 \cdot 2 + 3 \cdot y \cdot 2^2 - 2^3 \]Jest to sześcian różnicy dla $a=y$ i $b=2$:\[ (y-2)^3 \]
Zadanie 3 (4 pkt)
Zapisz za pomocą sum algebraicznych wyrażenia:
a) $(3a+2)^3$
b) $(4+x)^3$
c) $(2+3b^2)^3$
d) $(3y-0,2)^3$
a) Wynikiem rozwinięcia jest $27a^3 + 54a^2 + 36a + 8$.
b) Wynikiem rozwinięcia jest $x^3 + 12x^2 + 48x + 64$.
c) Wynikiem rozwinięcia jest $27b^6 + 54b^4 + 36b^2 + 8$.
d) Wynikiem rozwinięcia jest $27y^3 - 5,4y^2 + 0,36y - 0,008$.
a) Rozwinięcie wyrażenia $(3a+2)^3$:
Używamy wzoru na sześcian sumy: $(A+B)^3 = A^3 + 3A^2B + 3AB^2 + B^3$.
W tym przypadku, $A = 3a$ oraz $B = 2$.
Podstawiamy wartości do wzoru:\[ (3a+2)^3 = (3a)^3 + 3 \cdot (3a)^2 \cdot 2 + 3 \cdot (3a) \cdot 2^2 + 2^3 \]Obliczamy poszczególne człony:\[ (3a)^3 = 27a^3 \]\[ 3 \cdot (3a)^2 \cdot 2 = 3 \cdot (9a^2) \cdot 2 = 54a^2 \]\[ 3 \cdot (3a) \cdot 2^2 = 3 \cdot (3a) \cdot 4 = 36a \]\[ 2^3 = 8 \]Łączymy wszystkie człony:\[ (3a+2)^3 = 27a^3 + 54a^2 + 36a + 8 \]
b) Rozwinięcie wyrażenia $(4+x)^3$:
Używamy wzoru na sześcian sumy: $(A+B)^3 = A^3 + 3A^2B + 3AB^2 + B^3$.
W tym przypadku, $A = 4$ oraz $B = x$.
Podstawiamy wartości do wzoru:\[ (4+x)^3 = 4^3 + 3 \cdot 4^2 \cdot x + 3 \cdot 4 \cdot x^2 + x^3 \]Obliczamy poszczególne człony:\[ 4^3 = 64 \]\[ 3 \cdot 4^2 \cdot x = 3 \cdot 16 \cdot x = 48x \]\[ 3 \cdot 4 \cdot x^2 = 12x^2 \]\[ x^3 = x^3 \]Łączymy wszystkie człony:\[ (4+x)^3 = 64 + 48x + 12x^2 + x^3 \]Możemy zapisać w kolejności malejących potęg:\[ (4+x)^3 = x^3 + 12x^2 + 48x + 64 \]
c) Rozwinięcie wyrażenia $(2+3b^2)^3$:
Używamy wzoru na sześcian sumy: $(A+B)^3 = A^3 + 3A^2B + 3AB^2 + B^3$.
W tym przypadku, $A = 2$ oraz $B = 3b^2$.
Podstawiamy wartości do wzoru:\[ (2+3b^2)^3 = 2^3 + 3 \cdot 2^2 \cdot (3b^2) + 3 \cdot 2 \cdot (3b^2)^2 + (3b^2)^3 \]Obliczamy poszczególne człony:\[ 2^3 = 8 \]\[ 3 \cdot 2^2 \cdot (3b^2) = 3 \cdot 4 \cdot 3b^2 = 36b^2 \]\[ 3 \cdot 2 \cdot (3b^2)^2 = 6 \cdot (9b^4) = 54b^4 \]\[ (3b^2)^3 = 3^3 \cdot (b^2)^3 = 27b^6 \]Łączymy wszystkie człony:\[ (2+3b^2)^3 = 8 + 36b^2 + 54b^4 + 27b^6 \]Możemy zapisać w kolejności malejących potęg:\[ (2+3b^2)^3 = 27b^6 + 54b^4 + 36b^2 + 8 \]
d) Rozwinięcie wyrażenia $(3y-0,2)^3$:
Używamy wzoru na sześcian różnicy: $(A-B)^3 = A^3 - 3A^2B + 3AB^2 - B^3$.
W tym przypadku, $A = 3y$ oraz $B = 0,2$.
Podstawiamy wartości do wzoru:\[ (3y-0,2)^3 = (3y)^3 - 3 \cdot (3y)^2 \cdot 0,2 + 3 \cdot (3y) \cdot 0,2^2 - 0,2^3 \]Obliczamy poszczególne człony:\[ (3y)^3 = 27y^3 \]\[ -3 \cdot (3y)^2 \cdot 0,2 = -3 \cdot (9y^2) \cdot 0,2 = -5,4y^2 \]\[ 3 \cdot (3y) \cdot 0,2^2 = 9y \cdot 0,04 = 0,36y \]\[ -0,2^3 = -0,008 \]Łączymy wszystkie człony:\[ (3y-0,2)^3 = 27y^3 - 5,4y^2 + 0,36y - 0,008 \]
Zadanie 4 (4 pkt)
Usuń niewymierność z mianownika ułamka:
a) $\frac{1}{1-\sqrt[3]{3}}$
b) $\frac{1}{\sqrt[3]{25}+3\sqrt[3]{5}+9}$
c) $\frac{5}{\sqrt[3]{9}-1}$
d) $\frac{8}{1-\sqrt[3]{7}+\sqrt[3]{49}}$
a) Po usunięciu niewymierności z mianownika otrzymujemy $-\frac{1+\sqrt[3]{3}+\sqrt[3]{9}}{2}$.
b) Ostateczny wynik po usunięciu niewymierności to $\frac{3-\sqrt[3]{5}}{22}$.
c) Po usunięciu niewymierności z mianownika otrzymujemy $\frac{5(\sqrt[3]{81}+\sqrt[3]{9}+1)}{8}$.
d) Ostateczny wynik po usunięciu niewymierności to $1+\sqrt[3]{7}$.
a) Usuwamy niewymierność z mianownika, używając wzoru $a^3-b^3=(a-b)(a^2+ab+b^2)$ dla $a=1$ i $b=\sqrt[3]{3}$.\[
\frac{1}{1-\sqrt[3]{3}} = \frac{1}{1-\sqrt[3]{3}} \cdot \frac{1^2+1\cdot\sqrt[3]{3}+(\sqrt[3]{3})^2}{1^2+1\cdot\sqrt[3]{3}+(\sqrt[3]{3})^2}
\]\[
= \frac{1+\sqrt[3]{3}+\sqrt[3]{9}}{1^3-(\sqrt[3]{3})^3}
\]\[
= \frac{1+\sqrt[3]{3}+\sqrt[3]{9}}{1-3}
\]\[
= \frac{1+\sqrt[3]{3}+\sqrt[3]{9}}{-2}
\]\[
= -\frac{1+\sqrt[3]{3}+\sqrt[3]{9}}{2}
\]b) Usuwamy niewymierność z mianownika, używając wzoru $a^3-b^3=(a-b)(a^2+ab+b^2)$ dla $a=\sqrt[3]{5}$ i $b=3$.\[
\frac{1}{\sqrt[3]{25}+3\sqrt[3]{5}+9} = \frac{1}{(\sqrt[3]{5})^2+3\cdot\sqrt[3]{5}+3^2} \cdot \frac{\sqrt[3]{5}-3}{\sqrt[3]{5}-3}
\]\[
= \frac{\sqrt[3]{5}-3}{(\sqrt[3]{5})^3-3^3}
\]\[
= \frac{\sqrt[3]{5}-3}{5-27}
\]\[
= \frac{\sqrt[3]{5}-3}{-22}
\]\[
= \frac{3-\sqrt[3]{5}}{22}
\]c) Usuwamy niewymierność z mianownika, używając wzoru $a^3-b^3=(a-b)(a^2+ab+b^2)$ dla $a=\sqrt[3]{9}$ i $b=1$.\[
\frac{5}{\sqrt[3]{9}-1} = \frac{5}{\sqrt[3]{9}-1} \cdot \frac{(\sqrt[3]{9})^2+\sqrt[3]{9}\cdot 1+1^2}{(\sqrt[3]{9})^2+\sqrt[3]{9}\cdot 1+1^2}
\]\[
= \frac{5(\sqrt[3]{81}+\sqrt[3]{9}+1)}{(\sqrt[3]{9})^3-1^3}
\]\[
= \frac{5(\sqrt[3]{81}+\sqrt[3]{9}+1)}{9-1}
\]\[
= \frac{5(\sqrt[3]{81}+\sqrt[3]{9}+1)}{8}
\]d) Usuwamy niewymierność z mianownika, używając wzoru $a^3+b^3=(a+b)(a^2-ab+b^2)$ dla $a=1$ i $b=\sqrt[3]{7}$.\[
\frac{8}{1-\sqrt[3]{7}+\sqrt[3]{49}} = \frac{8}{1^2-1\cdot\sqrt[3]{7}+(\sqrt[3]{7})^2} \cdot \frac{1+\sqrt[3]{7}}{1+\sqrt[3]{7}}
\]\[
= \frac{8(1+\sqrt[3]{7})}{1^3+(\sqrt[3]{7})^3}
\]\[
= \frac{8(1+\sqrt[3]{7})}{1+7}
\]\[
= \frac{8(1+\sqrt[3]{7})}{8}
\]\[
= 1+\sqrt[3]{7}
\]
Zadanie 5 (4 pkt)
Oblicz:
a) $(4-\sqrt[3]{3})(16+4\sqrt[3]{3}+\sqrt[3]{9})$
b) $(9-3\sqrt[3]{7}+\sqrt[3]{49})(\sqrt[3]{7}+3)$
c) $(9\sqrt[3]{16}+6\sqrt[3]{4}+4)(3\sqrt[3]{4}-2)$
d) $(1+2\sqrt[3]{3}+\sqrt[3]{9})(1-\sqrt[3]{3})$
a) Wynikiem wyrażenia jest $61$.
b) Wynikiem wyrażenia jest $34$.
c) Wynikiem wyrażenia jest $100$.
d) Wynikiem wyrażenia jest $-2 + \sqrt[3]{3} - \sqrt[3]{9}$.
a) Obliczenie wyrażenia:
Wykorzystujemy wzór na różnicę sześcianów: $(a-b)(a^2+ab+b^2) = a^3 - b^3$.
Dla $a=4$ i $b=\sqrt[3]{3}$:\[ (4-\sqrt[3]{3})(16+4\sqrt[3]{3}+\sqrt[3]{9}) \]\[ = 4^3 - (\sqrt[3]{3})^3 \]\[ = 64 - 3 \]\[ = 61 \]b) Obliczenie wyrażenia:
Wykorzystujemy wzór na sumę sześcianów: $(a+b)(a^2-ab+b^2) = a^3 + b^3$.
Przepisujemy wyrażenie, aby dopasować do wzoru:\[ (\sqrt[3]{7}+3)(9-3\sqrt[3]{7}+\sqrt[3]{49}) \]Dla $a=\sqrt[3]{7}$ i $b=3$:\[ = (\sqrt[3]{7})^3 + 3^3 \]\[ = 7 + 27 \]\[ = 34 \]c) Obliczenie wyrażenia:
Wykorzystujemy wzór na różnicę sześcianów: $(a-b)(a^2+ab+b^2) = a^3 - b^3$.
Przepisujemy wyrażenie, aby dopasować do wzoru:\[ (3\sqrt[3]{4}-2)(9\sqrt[3]{16}+6\sqrt[3]{4}+4) \]Dla $a=3\sqrt[3]{4}$ i $b=2$:\[ = (3\sqrt[3]{4})^3 - 2^3 \]\[ = 3^3 \cdot (\sqrt[3]{4})^3 - 2^3 \]\[ = 27 \cdot 4 - 8 \]\[ = 108 - 8 \]\[ = 100 \]d) Obliczenie wyrażenia:
Rozwijamy wyrażenie mnożąc każdy składnik przez każdy:\[ (1+2\sqrt[3]{3}+\sqrt[3]{9})(1-\sqrt[3]{3}) \]\[ = 1 \cdot (1-\sqrt[3]{3}) + 2\sqrt[3]{3} \cdot (1-\sqrt[3]{3}) + \sqrt[3]{9} \cdot (1-\sqrt[3]{3}) \]\[ = 1 - \sqrt[3]{3} + 2\sqrt[3]{3} - 2 \cdot (\sqrt[3]{3})^2 + \sqrt[3]{9} - \sqrt[3]{9} \cdot \sqrt[3]{3} \]\[ = 1 - \sqrt[3]{3} + 2\sqrt[3]{3} - 2\sqrt[3]{9} + \sqrt[3]{9} - \sqrt[3]{27} \]\[ = 1 + (2\sqrt[3]{3} - \sqrt[3]{3}) + (\sqrt[3]{9} - 2\sqrt[3]{9}) - 3 \]\[ = 1 + \sqrt[3]{3} - \sqrt[3]{9} - 3 \]\[ = -2 + \sqrt[3]{3} - \sqrt[3]{9} \]
Grupa B
Zadanie 1 (2 pkt)
Oblicz objętość sześcianu o krawędzi $(2 - \sqrt{5})$ cm.
Objętość sześcianu wynosi $V = (38 - 17\sqrt{5}) \ \text{cm}^3$.
Zadanie 2 (4 pkt)
Zamień na iloczyny wyrażenia:
a) $x^3 + 125$
b) $t^3 + 12t^2 + 48t + 64$
c) $27a^3 - 8$
d) $y^3 - 3\sqrt{2}y^2 + 6y - 2\sqrt{2}$
a) Wyrażenie $x^3 + 125$ zamienione na iloczyn to $(x+5)(x^2 - 5x + 25)$.
b) Wyrażenie $t^3 + 12t^2 + 48t + 64$ zamienione na iloczyn to $(t+4)^3$.
c) Wyrażenie $27a^3 - 8$ zamienione na iloczyn to $(3a-2)(9a^2 + 6a + 4)$.
b) Wyrażenie $y^3 - 3\sqrt{2}y^2 + 6y - 2\sqrt{2}$ zamienione na iloczyn to $(y-\sqrt{2})^3$.
Zadanie 3 (4 pkt)
Zapisz za pomocą sum algebraicznych wyrażenia:
a) $(5a+1)^3$
b) $(2+z)^3$
c) $(4+2c^2)^3$
d) $(4x-0,1)^3$
a) Wynikiem rozwinięcia jest $125a^3 + 75a^2 + 15a + 1$.
b) Wynikiem rozwinięcia jest $z^3 + 6z^2 + 12z + 8$.
c) Wynikiem rozwinięcia jest $8c^6 + 48c^4 + 96c^2 + 64$.
d) Wynikiem rozwinięcia jest $64x^3 - 4,8x^2 + 0,12x - 0,001$.
Zadanie 4 (4 pkt)
Usuń niewymierność z mianownika ułamka:
a) $\frac{1}{1-\sqrt[3]{5}}$
b) $\frac{1}{\sqrt[3]{49}+4\sqrt[3]{7}+16}$
c) $\frac{6}{\sqrt[3]{25}-1}$
d) $\frac{11}{1-\sqrt[3]{10}+\sqrt[3]{100}}$
a) Po usunięciu niewymierności z mianownika otrzymujemy $-\frac{1+\sqrt[3]{5}+\sqrt[3]{25}}{4}$.
b) Ostateczny wynik po usunięciu niewymierności to $\frac{4-\sqrt[3]{7}}{57}$.
c) Po usunięciu niewymierności z mianownika otrzymujemy $\frac{\sqrt[3]{625}+\sqrt[3]{25}+1}{4}$.
d) Ostateczny wynik po usunięciu niewymierności to $1+\sqrt[3]{10}$.
Zadanie 5 (4 pkt)
Oblicz:
a) $(5-\sqrt[3]{4})(25+5\sqrt[3]{4}+\sqrt[3]{16})$
b) $(16-4\sqrt[3]{6}+\sqrt[3]{36})(\sqrt[3]{6}+4)$
c) $(4\sqrt[3]{9}+10\sqrt[3]{3}+25)(2\sqrt[3]{3}-5)$
d) $(1+2\sqrt[3]{5}+\sqrt[3]{25})(1-\sqrt[3]{5})$
a) Wynikiem wyrażenia jest $121$.
b) Wynikiem wyrażenia jest $70$.
c) Wynikiem wyrażenia jest $-101$.
d) Wynikiem wyrażenia jest $-4 + \sqrt[3]{5} - \sqrt[3]{25}$.
