Lecția II.2 conține următoarele grupuri de exerciții:

Alege rezolvarea exercițiului:

Exercițiul 8

Cele mai importante aspecte ale lecției

  • Diferența de pătrate: \( a^2 - b^2 = (a + b)(a - b) \). Folositoare pentru simplificări rapide. Ex: \( y^2 - 9 = (y-3)(y+3) \).
  • Pătratul binomului: \( (a \pm b)^2 = a^2 \pm 2ab + b^2 \). Atenție să nu uitați termenul din mijloc (\( 2ab \))! Ex: \( (x+1)^2 = x^2+2x+1 \).
  • Pătratul trinomului: \( (a+b+c)^2 = a^2+b^2+c^2+2ab+2ac+2bc \).
  • Raționalizarea numitorului: Se bazează pe utilizarea conjugatelor pentru a aplica diferența de pătrate la numitor și a elimina astfel radicalii. Conjugata expresiei \( \sqrt{a} + \sqrt{b} \) este \( \sqrt{a} - \sqrt{b} \).
Produsul dintre suma și diferența a doi termeni este egal cu diferența pătratelor celor doi termeni.
\[ (a + b)(a - b) = a^2 - b^2 \] pentru orice numere reale a și b.
Desenul prezintă două etape ale unei transformări geometrice care demonstrează vizual formula $(L+l)(L-l) = L^2 - l^2$.

**Secțiunea 1: Pătratul cu decupaj și divizare**
Este desenat un pătrat mare, denumit Pătratul Inițial, având latura de lungime L. Vârful său din stânga jos este poziționat la origine (0,0), iar vârfurile sale sunt A(0,0), B(L,0), C(L,L) și D(0,L).
Din colțul din dreapta sus (vârful C) al acestui Pătrat Inițial este decupat un pătrat mai mic, având latura de lungime l. Vârfurile pătratului decupat sunt (L-l, L-l), (L, L-l), (L,L) și (L-l,L).
Această operație lasă o suprafață rămasă în formă de 'L' (un hexagon neregulat) cu o arie totală de $L^2 - l^2$.
Această suprafață în formă de 'L' este apoi divizată în două piese prin efectuarea unei tăieturi orizontale. Tăietura pornește de la colțul interior al formei în 'L' (punctul (L-l, L-l)) și se extinde orizontal spre stânga, până la marginea verticală stângă a Pătratului Inițial (punctul (0, L-l)).
Această tăietură separă suprafața în formă de 'L' în două dreptunghiuri distincte, care sunt considerate cele două 'trapeze' menționate în descriere (deoarece un dreptunghi este un caz special de trapez):
1.  **Dreptunghiul R1 (inferior)**, cu vârfurile (0,0), (L,0), (L,L-l), (0,L-l). Acesta are dimensiunile L (lungime) și (L-l) (înălțime).
2.  **Dreptunghiul R2 (superior-stânga)**, cu vârfurile (0,L-l), (L-l,L-l), (L-l,L), (0,L). Acesta are dimensiunile (L-l) (lungime) și l (înălțime).

**Secțiunea 2: Dreptunghiul Reconfigurat**
Dreptunghiul R2 este rotit cu 90 de grade în sens orar. Apoi, R2 rotit este translatat și plasat alături de Dreptunghiul R1, astfel încât să formeze un singur dreptunghi mare. Mai precis, latura de lungime l a lui R2 rotit se aliniază orizontal cu latura de lungime L a lui R1, formând o lungime totală $(L+l)$. Latura de lungime $(L-l)$ a lui R2 rotit se aliniază vertical cu latura dreaptă a lui R1.
Vârfurile dreptunghiului final rezultat prin rearanjare sunt: (0,0), (L+l,0), (L+l,L-l), (0,L-l).
Acest dreptunghi final are dimensiunile $(L+l)$ (lățime) și $(L-l)$ (înălțime), demonstrând vizual egalitatea ariilor: $L^2 - l^2 = (L+l)(L-l)$.
Calcul direct aplicând formula:
\( (x + 5)(x - 5) = x^2 - 5^2 = x^2 - 25 \)
Binom = sumă algebrică formată din doi termeni.
Aceste formule ne permit să ridicăm rapid la pătrat o sumă sau o diferență de doi termeni, fără a mai efectua înmulțirea parantezelor termen cu termen.
\[ (a + b)^2 = a^2 + 2ab + b^2 \] \[ (a - b)^2 = a^2 - 2ab + b^2 \]
Pătratul sumei:
\( (3x + 2)^2 = (3x)^2 + 2 \cdot 3x \cdot 2 + 2^2 = 9x^2 + 12x + 4 \)

Pătratul diferenței:
\( (\sqrt{5} - \sqrt{3})^2 = (\sqrt{5})^2 - 2 \cdot \sqrt{5} \cdot \sqrt{3} + (\sqrt{3})^2 = 5 - 2\sqrt{15} + 3 = 8 - 2\sqrt{15} \)
Pătratul unei sume de trei termeni se calculează adunând pătratele fiecărui termen cu dublul produsului fiecărei perechi posibile de termeni.
\[ (a + b + c)^2 = a^2 + b^2 + c^2 + 2ab + 2ac + 2bc \]
Un pătrat mare cu colțul din stânga jos la origine (0,0). Laturile sale orizontală și verticală sunt împărțite în trei segmente consecutive, de lungimi a, b, respectiv c, de la stânga la dreapta de-a lungul axei x, și de jos în sus de-a lungul axei y. Aceste segmente sunt etichetate corespunzător cu 'a', 'b', 'c' pe laturile exterioare inferioară și stângă ale pătratului mare. Interiorul pătratului este divizat într-o grilă 3x3 de 9 regiuni mai mici, prin linii orizontale la y=a și y=a+b și linii verticale la x=a și x=a+b.

Aceste regiuni sunt compuse din:
1. Trei pătrate situate pe diagonala principală (de la stânga jos la dreapta sus):
    * Un pătrat de latură 'a' în colțul din stânga jos (celula (1,1) a grilei), etichetat cu aria a².
    * Un pătrat de latură 'b' în centrul grilei (celula (2,2)), etichetat cu aria b².
    * Un pătrat de latură 'c' în colțul din dreapta sus (celula (3,3)), etichetat cu aria c².
2. Șase dreptunghiuri situate în afara diagonalei, dispuse în perechi simetrice față de diagonala principală, cu ariile etichetate:
    * Două dreptunghiuri cu aria 'ab': unul cu laturile 'a' (verticală) și 'b' (orizontală), situat în celula (1,2) a grilei (imediat la dreapta pătratului a²); și unul cu laturile 'b' (verticală) și 'a' (orizontală), situat în celula (2,1) a grilei (imediat deasupra pătratului a²).
    * Două dreptunghiuri cu aria 'bc': unul cu laturile 'b' (verticală) și 'c' (orizontală), situat în celula (2,3) a grilei (imediat la dreapta pătratului b²); și unul cu laturile 'c' (verticală) și 'b' (orizontală), situat în celula (3,2) a grilei (imediat deasupra pătratului b²).
    * Două dreptunghiuri cu aria 'ac': unul cu laturile 'a' (verticală) și 'c' (orizontală), situat în celula (1,3) a grilei (în rândul de jos, coloana din dreapta); și unul cu laturile 'c' (verticală) și 'a' (orizontală), situat în celula (3,1) a grilei (în rândul de sus, coloana din stânga).
Fiecare dintre cele 9 regiuni interioare este etichetată vizibil cu formula ariei sale corespunzătoare. Această reprezentare geometrică ilustrează vizual formula pătratului trinomului: (a + b + c)² = a² + b² + c² + 2ab + 2ac + 2bc.
\( (x + y + 1)^2 = x^2 + y^2 + 1^2 + 2 \cdot x \cdot y + 2 \cdot x \cdot 1 + 2 \cdot y \cdot 1 = x^2 + y^2 + 1 + 2xy + 2x + 2y \)
Raționalizarea numitorului este operația de amplificare a unei fracții pentru a transforma numitorul său dintr-un număr irațional (cu radical) într-un număr rațional (fără radical).
Cantitatea prin care amplificăm fracția se numește conjugata numitorului. Două expresii cu radicali sunt conjugate dacă produsul lor este un număr rațional.
Dacă \( n \in \mathbb{Z}^* \) și \( a, b > 0 \), cu \( a \neq b \):
  • Pentru un numitor de forma \( n\sqrt{a} \), amplificăm fracția cu \( \sqrt{a} \):
    \[ \frac{1}{n\sqrt{a}} = \frac{\sqrt{a}}{n \cdot a} \]
  • Pentru un numitor de forma \( \sqrt{a} + \sqrt{b} \), conjugata este \( \sqrt{a} - \sqrt{b} \):
    \[ \frac{1}{\sqrt{a} + \sqrt{b}} = \frac{\sqrt{a} - \sqrt{b}}{a - b} \]
  • Pentru un numitor de forma \( \sqrt{a} - \sqrt{b} \), conjugata este \( \sqrt{a} + \sqrt{b} \):
    \[ \frac{1}{\sqrt{a} - \sqrt{b}} = \frac{\sqrt{a} + \sqrt{b}}{a - b} \]
Când amplificăm cu o expresie conjugată de forma \( \sqrt{a} \pm \sqrt{b} \), ne folosim practic de formula diferenței de pătrate: \( (\sqrt{a} + \sqrt{b})(\sqrt{a} - \sqrt{b}) = (\sqrt{a})^2 - (\sqrt{b})^2 = a - b \), eliminând astfel complet radicalii de la numitor.
Raționalizarea unui numitor compus dintr-o sumă de radicali:
\[ \frac{2}{\sqrt{7} + \sqrt{5}} = \frac{2(\sqrt{7} - \sqrt{5})}{(\sqrt{7} + \sqrt{5})(\sqrt{7} - \sqrt{5})} = \frac{2(\sqrt{7} - \sqrt{5})}{7 - 5} = \frac{2(\sqrt{7} - \sqrt{5})}{2} = \sqrt{7} - \sqrt{5} \]

Probleme de antrenament

Ușoară: Efectuați calculele folosind formulele de calcul prescurtat:
a) \( (x + 7)(x - 7) \)
b) \( (y - 4)^2 \)
a) Aplicăm formula \( (a+b)(a-b) = a^2 - b^2 \):
\( (x + 7)(x - 7) = x^2 - 7^2 = x^2 - 49 \).

b) Aplicăm formula \( (a-b)^2 = a^2 - 2ab + b^2 \):
\( (y - 4)^2 = y^2 - 2 \cdot y \cdot 4 + 4^2 = y^2 - 8y + 16 \).
Medie: Folosind formulele de calcul prescurtat, calculați rapid și fără calculator produsul: \( 104 \cdot 96 \).
Observăm că numerele sunt simetrice față de 100. Rescriem produsul astfel:
\( 104 \cdot 96 = (100 + 4)(100 - 4) \)
Aplicăm formula produsului sumei cu diferența:
\( (100 + 4)(100 - 4) = 100^2 - 4^2 = 10000 - 16 = 9984 \).
Medie: Raționalizați numitorul fracției: \( \frac{12}{3\sqrt{2} - 2\sqrt{3}} \).
Pentru a elimina radicalii de la numitor, amplificăm fracția cu conjugata numitorului, care este \( 3\sqrt{2} + 2\sqrt{3} \):
\[ \frac{12(3\sqrt{2} + 2\sqrt{3})}{(3\sqrt{2} - 2\sqrt{3})(3\sqrt{2} + 2\sqrt{3})} \]
Aplicăm formula la numitor \( (a-b)(a+b) = a^2 - b^2 \):
\[ (3\sqrt{2})^2 - (2\sqrt{3})^2 = (9 \cdot 2) - (4 \cdot 3) = 18 - 12 = 6 \]
Fracția devine:
\[ \frac{12(3\sqrt{2} + 2\sqrt{3})}{6} \]
Simplificăm numărul 12 de la numărător cu 6 de la numitor:
\[ 2(3\sqrt{2} + 2\sqrt{3}) = 6\sqrt{2} + 4\sqrt{3} \]
Dificilă: Demonstrați că expresia \( E(x) = (x + 3)^2 - (x - 3)^2 \) este egală cu \( 12x \), oricare ar fi numărul real \( x \).
Metoda 1 (Folosind pătratul binomului):
Calculăm fiecare paranteză la pătrat separat:
\( (x + 3)^2 = x^2 + 6x + 9 \)
\( (x - 3)^2 = x^2 - 6x + 9 \)
Scădem cele două rezultate (atenție la schimbarea semnelor!):
\( E(x) = (x^2 + 6x + 9) - (x^2 - 6x + 9) = x^2 + 6x + 9 - x^2 + 6x - 9 = 12x \).

Metoda 2 (Folosind diferența de pătrate):
Privim întreaga expresie ca pe o formă \( a^2 - b^2 = (a-b)(a+b) \), unde \( a = x+3 \) și \( b = x-3 \):
\( E(x) = [(x+3) - (x-3)] \cdot [(x+3) + (x-3)] \)
\( E(x) = (x + 3 - x + 3) \cdot (x + 3 + x - 3) \)
\( E(x) = 6 \cdot 2x = 12x \).
Oricare metodă este corectă și demonstrează egalitatea.

Învinge
tema
cu mii de rezolvări, lecții și teste: