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In diesem Kapitel schauen wir uns die 3. Binomische Formel etwas genauer an. Einordnung In der Mathematik kommt es häufig vor, dass zwei Binome miteinander multipliziert werden. Dabei kommen insbesondere folgende drei Aufgabenstellungen vor: $(a + b) \cdot (a + b) = (a + b)^2$ $(a - b) \cdot (a - b) = (a - b)^2$ $(a + b) \cdot (a - b)$ Um die Berechnung dieser Produkte zu vereinfachen, verwenden wir die binomischen Formeln: 1. Binomische Formel (Plus-Formel) $(a + b)^2 = a^2 + 2ab + b^2$ 2. Binomische Formel (Minus-Formel) $(a - b)^2 = a^2 - 2ab + b^2$ 3. Binomische Formel (Plus-Minus-Formel) $(a + b) \cdot (a - b) = a^2 - b^2$ Formel In der Schule lernt man meist zwei Möglichkeiten kennen, um die 3. Binomische Formel herzuleiten: Die algebraische und die geometrische Herleitung. Der Einfachheit halber beschränken wir uns im Folgenden auf die algebraische Herleitung. Algebraische Herleitung Wie man Klammern ausmultipliziert, haben wir bereits im Kapitel Ausmultiplizieren besprochen. In dem entsprechenden Kapitel steht: $$ \begin{align*} ({\color{red}a}+{\color{maroon}b}) \cdot (a-b) &= {\color{red}a} \cdot a + {\color{red}a} \cdot (-b) + {\color{maroon}b} \cdot a + {\color{maroon}b} \cdot (-b) \\[5px] &= a \cdot a \underbrace{\, - \, a \cdot b + a \cdot b}_{= \, 0} - b \cdot b \\[5px] &= a \cdot a - b \cdot b \\[5px] &= a^2 - b^2 \end{align*} $$ Anmerkung: Das Kommutativgesetz erlaubt das Vertauschen von $b \cdot a$ (2.
Binomische Formeln Grafische Herleitung Herleitung der 3 binomischen Formeln Herleitung der 1. binomischen Formel Herleitung der 2. binomischen Formel Herleitung der 3. binomischen Formel Die binomischen Formeln gehören zum grundlegenden Rüstzeug für Schüler aller Schularten. Mit Hilfe der binomischen Formeln wird die Potenz der Summe zweier Zahlen (häufig als a und b bezeichnet) gebildet. Die Rechnung mit Potenzen wird auf diese Weise erheblich vereinfacht. Anstatt nämlich zwei große Zahlen multiplizieren zu müssen, brauchen die Schüler nach Anwendung der binomischen Formeln nur noch zwei kleinere Zahlen miteinander zu multiplizieren und deren Summe zu bilden. In der Mathematik werden drei binomische Formeln unterschieden: Die erste binomische Formel beschreibt den Fall, dass zwei Zahlen a und b addiert und die Summe potenziert wird. Die zweite binomische Formel wird in dem Fall angewendet, dass b von a subtrahiert wird. Die dritte binomische Formel wird schließlich angewendet, wenn wir zwei unterschiedliche Faktoren haben, nämlich einen, in dem a und b addiert, und einen, in dem b von a subtrahiert wird.
Binomische Formel: $(a+b)^2=a^2 + 2ab+b^2$ 2. Binomische Formel: $(a-b)^2 = a^2 - 2ab + b^2$ 3. Binomische Formel: $(a+b) \cdot (a-b) = a^2 - b^2$ Die 1. Binomische Formel: $(a+b)^2=a^2 + 2 \cdot a \cdot b + b^2$ Das obige Quadrat hat die Kantenlänge (a+b). Man sieht direkt, dass ein Quadrat (blau) mit der Fläche a 2 sowie ein kleineres Quadrat (rot) der Fläche b 2 hineinpassen. Zusätzlich passen jedoch auch noch zwei gleich große Rechtecke (grün) hinein, die die Fläche a ⋅ b haben. Im folgenden Bild ist dieser Zusammenhang nochmals dargestellt: Die 2. Binomische Formel $(a-b)^2=a^2-2ab+b^2$ Wir nehmen an, das große Quadrat habe die Seitenlänge a. Wird diese um die Strecke b verkürzt, erhält man die Strecke (a-b). Aus dem großen Quadrat erhalten wir das kleine mit der Seitenlänge (a-b), indem wir zweimal das Rechteck mit der Fläche a ⋅ b haben wir jedoch das kleine Quadrat mit der Kantenlänge b und der Fläche b 2 zuviel subtrahiert, daher müssen wir dieses wieder addieren: (a-b) 2 = a 2 - 2ab + b 2 Lösung zu den Aufgaben am Anfang: $(a+b) \cdot (c+d)= a \cdot c + a \cdot d + b \cdot c + b \cdot d$ $(a+b) \cdot (a+b) = a^2 + 2 \cdot a \cdot b + b^2$ (damit ist das die 1.
Verallgemeinerungen [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Der binomische Lehrsatz gilt auch für Elemente und in beliebigen unitären Ringen, sofern nur diese Elemente miteinander kommutieren, d. h. gilt. Auch die Existenz der Eins im Ring ist verzichtbar, sofern man den Lehrsatz in folgende Form umschreibt:. Für mehr als zwei Summanden gibt es das Multinomialtheorem. Beweis [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Der Beweis für jede beliebige natürliche Zahl kann durch vollständige Induktion erbracht werden. [1] Für jedes konkrete kann man diese Formel auch durch Ausmultiplizieren erhalten. Beispiele [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten], wobei die imaginäre Einheit ist. Binomische Reihe, Lehrsatz für komplexe Exponenten [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Eine Verallgemeinerung des Satzes auf beliebige reelle Exponenten mittels unendlicher Reihen ist Isaac Newton zu verdanken. Dieselbe Aussage ist aber auch gültig, wenn eine beliebige komplexe Zahl ist. Der binomische Lehrsatz lautet in seiner allgemeinen Form:.