Выражения (a + b)², (a − b)² и a² − b² похожи, но раскрываются по-разному. Квадрат суммы содержит три слагаемых, квадрат разности — тоже три, а разность квадратов можно представить произведением двух скобок.

Разберём именно эти три формулы: откуда они берутся, как подставлять вместо букв целые выражения и как проверять ответ. Формулы с кубами — отдельная тема. Здесь a и b могут быть любыми действительными числами или допустимыми алгебраическими выражениями.

Квадрат суммы: откуда берётся среднее слагаемое

Квадрат выражения означает произведение двух одинаковых множителей: (a + b)² = (a + b)(a + b). Раскрываем скобки, умножая каждое слагаемое первой скобки на каждое слагаемое второй: a² + ab + ba + b².

Поскольку ab = ba, два средних слагаемых дают 2ab. Получаем (a + b)² = a² + 2ab + b². Словами: квадрат первого, плюс удвоенное произведение первого и второго, плюс квадрат второго.

В (x + 6)² первое выражение — x, второе — 6. Поэтому (x + 6)² = x² + 2 × x × 6 + 6² = x² + 12x + 36. Удвоенное произведение нельзя пропускать: оно возникло из двух разных пар множителей при раскрытии скобок.

Три отдельные строки формул: квадрат суммы с плюс 2ab, квадрат разности с минус 2ab, разность квадратов как произведение суммы и разности. Примеры x плюс 6 и x минус 5.
Откройте схему отдельно, чтобы рассмотреть детали.

Квадрат разности: последний знак остаётся плюсом

Раскроем (a − b)(a − b). Получим a² − ab − ab + b². Последнее слагаемое положительно, потому что (−b) × (−b) = b². Значит, (a − b)² = a² − 2ab + b².

Для (x − 5)² получаем x² − 2 × x × 5 + 5² = x² − 10x + 25. Минус относится к удвоенному произведению, а квадрат пятёрки по-прежнему равен положительному числу 25.

Проверка при x = 5 особенно наглядна: слева (5 − 5)² = 0, справа 25 − 50 + 25 = 0. Неверная запись x² − 25 тоже случайно дала бы здесь ноль, поэтому одной удачной подстановки недостаточно для доказательства формулы. При x = 0 ошибка станет видна: слева 25, а не −25.

Когда внутри скобки есть коэффициент

В (3a + 4)² первым выражением служит весь одночлен 3a. Нужно возвести в квадрат и число 3, и букву a: (3a)² = 9a². Удвоенное произведение равно 2 × 3a × 4 = 24a, квадрат второго слагаемого — 16. Ответ: 9a² + 24a + 16.

Удобный алгоритм: обозначь первое выражение A, второе B; отдельно вычисли A², 2AB и B²; затем соедини их нужными знаками. Для (2x − 3)² это 4x², 12x и 9: получится 4x² − 12x + 9.

Не заменяй (2x)² на 2x² или 4x. Степень относится ко всему произведению в скобках: (2x)² = (2x)(2x) = 4x².

Разность квадратов

Раскроем (a − b)(a + b): a² + ab − ab − b². Средние слагаемые взаимно уничтожаются, и остаётся a² − b² = (a − b)(a + b).

Это равенство можно применять в обе стороны. Для раскрытия скобок: (7 − x)(7 + x) = 49 − x². Для разложения на множители: x² − 64 = (x − 8)(x + 8).

Пример с коэффициентом: (4c − 1)(4c + 1) = (4c)² − 1² = 16c² − 1. Буква c обязательно остаётся в квадрате. Если поменять порядок в первой скобке, результат изменит знак: (b − a)(a + b) = b² − a². Поэтому сначала проверь, какие выражения повторяются и в каком порядке.

Считаем удобнее с помощью формул

Чтобы найти 101², представим 101 как 100 + 1: 101² = 100² + 2 × 100 × 1 + 1² = 10 000 + 200 + 1 = 10 201. А 49² = (50 − 1)² = 2500 − 100 + 1 = 2401.

В произведении 99 × 101 числа симметричны относительно 100: (100 − 1)(100 + 1) = 100² − 1² = 9999. Формула не меняет само действие, а выбирает более удобный способ вычисления.

Обратное распознавание тоже полезно: x² + 12x + 36 = (x + 6)². Но мало увидеть два квадрата по краям: средний член должен быть именно удвоенным произведением. Например, x² + 10x + 36 не равно (x + 6)².

Типичные ошибки

Потерять 2ab. Квадрат суммы не равен сумме квадратов. При a = b = 1 слева 4, справа без среднего члена было бы 2. Поставить минус перед b² в квадрате разности. Раскрой две скобки и проверь последний множитель. Считать a² − b² квадратом разности. Это разные выражения с разными формулами. Возвести в квадрат только букву. Коэффициент тоже возводится в квадрат.

Проверь себя

  1. Раскрой (x + 6)².
  2. Раскрой (x − 5)².
  3. Раскрой (3a + 4)².
  4. Разложи x² − 64.
  5. Вычисли 99 × 101.

Ответы. x² + 12x + 36; x² − 10x + 25; 9a² + 24a + 16; (x − 8)(x + 8); 9999. Для проверки раскрой полученные произведения и пересчитай числовой пример.