สูตรการคูณย่อ (Special Products) คือเอกลักษณ์ทางพีชคณิตที่ช่วยให้เรากระจายพจน์และแยกตัวประกอบได้โดยไม่ต้องคูณยาว ในหน้านี้มีตารางสูตรทั้ง 7 สูตร ได้แก่ กำลังสองสมบูรณ์ (ผลบวกและผลต่าง), ผลต่างกำลังสอง, กำลังสามสมบูรณ์ (ผลบวกและผลต่าง), และผลบวก/ผลต่างกำลังสาม เรามีคำอธิบายวิธีพิสูจน์และตัวอย่างประกอบทุกสูตร พร้อมแบบฝึกหัดโต้ตอบท้ายหน้าให้คุณได้ฝึกฝนการใช้สูตรจริง
สูตรการคูณย่อคืออะไร
สูตรการคูณย่อคือเอกลักษณ์ที่ได้จากการคูณพหุนามอย่างละเอียดและจดจำผลลัพธ์ไว้ เพื่อให้ครั้งต่อไปเราไม่ต้องกระจายพจน์เองทุกครั้ง เพียงแค่จำรูปแบบและแทนค่าตัวเลขหรือตัวแปรลงไป
ในหลักสูตรคณิตศาสตร์ ม.ต้น สูตรการคูณย่อใช้ใน 2 ทิศทาง:
- จากซ้ายไปขวา — เพื่อ กระจายพจน์ และยกกำลังสองหรือกำลังสามอย่างรวดเร็ว;
- จากขวาไปซ้าย — เพื่อ แยกตัวประกอบพหุนาม (ใช้สำหรับการตัดทอนเศษส่วนและแก้สมการ).
โดยทั่วไปต้องจำทั้งหมด 7 สูตร ด้านล่างนี้คือตารางสรุปและคำอธิบายแยกแต่ละสูตร
ตารางสูตรการคูณย่อ
ตารางนี้รวบรวมสูตรการคูณย่อทั้ง 7 สูตรเพื่อให้ดูง่าย โดยที่ \(a\) และ \(b\) คือนิพจน์ใดๆ ไม่ว่าจะเป็นตัวเลข ตัวแปร หรือเอกนาม เช่น \(2x\)
| สูตร | นิพจน์ |
|---|---|
| กำลังสองของผลบวก | (a + b)2 = a2 + 2ab + b2 |
| กำลังสองของผลต่าง | (a − b)2 = a2 − 2ab + b2 |
| ผลต่างกำลังสอง | a2 − b2 = (a − b)(a + b) |
| กำลังสามของผลบวก | (a + b)3 = a3 + 3a2b + 3ab2 + b3 |
| กำลังสามของผลต่าง | (a − b)3 = a3 − 3a2b + 3ab2 − b3 |
| ผลบวกกำลังสาม | a3 + b3 = (a + b)(a2 − ab + b2) |
| ผลต่างกำลังสาม | a3 − b3 = (a − b)(a2 + ab + b2) |
กำลังสองของผลบวกและกำลังสองของผลต่าง
กำลังสองของผลบวกได้จากการคูณ \((a+b)\) ด้วยตัวมันเอง:
อธิบายเป็นคำพูด: กำลังสองของผลบวกเท่ากับหน้ากำลังสอง บวกสองเท่าของหน้าคูณหลัง บวกหลังกำลังสอง ในทำนองเดียวกัน กำลังสองของผลต่างก็พิสูจน์ได้คล้ายกัน เพียงแต่เครื่องหมายของพจน์กลางจะเป็นลบ:
สิ่งที่สำคัญที่สุดคืออย่าลืมพจน์กลาง \(2ab\) เพราะเหตุนี้ \((a+b)^2 \neq a^2 + b^2\) กำลังสองของผลบวกและผลต่างต่างกันแค่เครื่องหมายหน้า \(2ab\) ส่วนพจน์ริม \(a^2\) และ \(b^2\) จะเป็นบวกเสมอ
ตัวอย่าง. \((x+3)^2 = x^2 + 2\cdot x\cdot 3 + 3^2 = x^2 + 6x + 9.\)
กำลังสองของผลบวกมีภาพประกอบทางเรขาคณิตที่ชัดเจน: คือพื้นที่ของสี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาดใหญ่ที่มีด้านยาว \((a+b)\)
ผลต่างกำลังสอง
หากคูณผลต่างและผลบวกของนิพจน์เดียวกัน พจน์กลางจะหักล้างกันไปเอง:
ได้เป็นสูตร ผลต่างกำลังสอง: $a^2 - b^2 = (a-b)(a+b) นี่คือสูตรที่มีประโยชน์ที่สุดสำหรับการ แยกตัวประกอบ: ทันทีที่เห็นผลต่างของกำลังสองสองตัว ให้แยกเป็นผลคูณได้เลย
ตัวอย่าง (กระจายพจน์). \((x-7)(x+7) = x^2 - 49.\)
ตัวอย่าง (แยกตัวประกอบ). \(x^2 - 16 = x^2 - 4^2 = (x-4)(x+4).\)
ข้อควรระวัง: ผลบวกกำลังสอง \(a^2 + b^2\) ไม่สามารถแยกตัวประกอบด้วยสูตรนี้ได้ ใช้ได้เฉพาะผลต่างเท่านั้น
กำลังสามของผลบวก, กำลังสามของผลต่าง, ผลบวกและผลต่างกำลังสาม
กำลังสามของผลบวกและกำลังสามของผลต่างจะมี 4 พจน์:
สำหรับกำลังสามของผลต่าง เครื่องหมายจะสลับกัน: \(+\,-\,+\,-\) และกับดักที่พบบ่อยคือ \((a+b)^3 \neq a^3 + b^3\) ไม่สามารถกระจายเลขชี้กำลังเข้าไปเฉยๆ ได้ พจน์กลาง \(3a^2b\) และ \(3ab^2\) ห้ามหายไป
ตัวอย่าง. \((x+2)^3 = x^3 + 3x^2\cdot 2 + 3x\cdot 2^2 + 2^3 = x^3 + 6x^2 + 12x + 8.\)
ส่วน ผลบวกและผลต่างกำลังสาม จะทำหน้าที่แยกตัวประกอบ:
พจน์ที่สองเรียกว่า กำลังสองไม่สมบูรณ์ ของผลบวกหรือผลต่าง เครื่องหมายในพจน์กลางจะตรงข้ามกับเครื่องหมายในวงเล็บแรกเสมอ: ผลบวกกำลังสามใช้ \(-ab\), ผลต่างกำลังสามใช้ \(+ab\)
ตัวอย่าง. \(x^3 - 8 = x^3 - 2^3 = (x-2)(x^2 + 2x + 4).\)
ตัวอย่างการใช้สูตรการคูณย่อ
ตัวอย่างที่ 1. กระจายพจน์: กำลังสองของผลบวก
โจทย์. จงยกกำลังสอง \((2x+5)^2\)
ขั้นตอนที่ 1. ใช้สูตรกำลังสองของผลบวก: \((a+b)^2 = a^2 + 2ab + b^2\) โดยที่ \(a = 2x\), \(b = 5\)
ขั้นตอนที่ 2. คำนวณแต่ละพจน์:
- \(a^2 = (2x)^2 = 4x^2\);
- \(2ab = 2\cdot 2x\cdot 5 = 20x\);
- \(b^2 = 5^2 = 25\).
คำตอบ. \((2x+5)^2 = 4x^2 + 20x + 25.\)
ตัวอย่างที่ 2. ยุบพจน์ด้วยสูตรผลต่างกำลังสอง
โจทย์. หาผลคูณ \((3x-4)(3x+4)\)
ขั้นตอนที่ 1. นี่คือผลคูณของผลต่างและผลบวกของนิพจน์เดียวกัน — คือผลต่างกำลังสอง \((a-b)(a+b) = a^2 - b^2\) โดยที่ \(a = 3x\), \(b = 4\)
ขั้นตอนที่ 2. ยกกำลังสองแต่ละนิพจน์: \(a^2 = (3x)^2 = 9x^2\), \(b^2 = 4^2 = 16\).
คำตอบ. \((3x-4)(3x+4) = 9x^2 - 16.\)
ตัวอย่างที่ 3. แยกตัวประกอบ
โจทย์. แยกตัวประกอบ \(x^2 - 36\) และ \(x^3 + 27\)
ผลต่างกำลังสอง. \(x^2 - 36 = x^2 - 6^2 = (x-6)(x+6).\)
ผลบวกกำลังสาม. สังเกตว่า \(27 = 3^3\) ดังนั้น \(x^3 + 27 = x^3 + 3^3\) ใช้สูตร \(a^3 + b^3 = (a+b)(a^2 - ab + b^2)\) โดยที่ \(a = x\), \(b = 3\):
สังเกตเครื่องหมาย \(-3x\) ในกำลังสองไม่สมบูรณ์ — สำหรับผลบวกกำลังสาม พจน์กลางจะเป็นลบ
ตัวอย่างที่ 4. กำลังสามของผลบวก
โจทย์. กระจายพจน์ \((x+2)^3\)
ขั้นตอนที่ 1. สูตรกำลังสามของผลบวก: \((a+b)^3 = a^3 + 3a^2b + 3ab^2 + b^3\) โดยที่ \(a = x\), \(b = 2\)
ขั้นตอนที่ 2. คำนวณพจน์ตามลำดับ:
- \(a^3 = x^3\);
- \(3a^2b = 3\cdot x^2\cdot 2 = 6x^2\);
- \(3ab^2 = 3\cdot x\cdot 2^2 = 12x\);
- \(b^3 = 2^3 = 8\).
คำตอบ. \((x+2)^3 = x^3 + 6x^2 + 12x + 8.\)
ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยในการใช้สูตร
-
ลืมพจน์กลาง: เขียน $(a+b)^2 = a^2 + b^2$
ในกำลังสองของผลบวกและผลต่างจะมีพจน์กลาง \(2ab\) เสมอ: \((a+b)^2 = a^2 + 2ab + b^2\) ตรวจสอบได้ง่ายๆ โดยการคูณ \((a+b)(a+b)\) แบบตั้งคูณ แล้วพจน์กลางจะปรากฏออกมาเอง
-
สับสนเครื่องหมายในกำลังสองของผลต่างและผลต่างกำลังสอง
ในกำลังสองของผลต่าง เครื่องหมายลบอยู่แค่ที่พจน์กลาง: \((a-b)^2 = a^2 - 2ab + b^2\) (พจน์ริมเป็นบวก) ส่วนในผลต่างกำลังสอง เครื่องหมายลบอยู่ระหว่างกำลังสอง: $a^2 - b^2 = (a-b)(a+b) นี่คือคนละสูตรกัน
-
กระจายเลขชี้กำลังในกำลังสาม: $(a+b)^3 = a^3 + b^3$
ทำแบบนี้ไม่ได้ กำลังสามของผลบวกมี 4 พจน์: $(a+b)^3 = a^3 + 3a^2b + 3ab^2 + b^3 ส่วนสูตร \(a^3 + b^3 = (a+b)(a^2 - ab + b^2)\) เป็นเรื่องของการแยกตัวประกอบ
-
ในกำลังสองไม่สมบูรณ์ของผลบวก/ผลต่างกำลังสาม ใส่พจน์กลางเป็น $2ab$
กำลังสองไม่สมบูรณ์คือ \(a^2 \pm ab + b^2\) ไม่มีเลข 2 หน้า \(ab\) เครื่องหมายจะตรงข้ามกับวงเล็บแรก: ผลบวกกำลังสาม \((a+b)(a^2 - ab + b^2)\), ผลต่างกำลังสาม \((a-b)(a^2 + ab + b^2)\)
-
พยายามแยกตัวประกอบผลบวกกำลังสอง $a^2 + b^2$
สูตรนี้แยกได้เฉพาะผลต่างกำลังสอง \(a^2 - b^2 = (a-b)(a+b)\) เท่านั้น ผลบวกกำลังสอง \(a^2 + b^2\) ในหลักสูตรโรงเรียนไม่สามารถแยกตัวประกอบได้
คำถามและคำตอบ
สูตรการคูณย่อมีทั้งหมดกี่สูตร?
7 สูตร: กำลังสองของผลบวก, กำลังสองของผลต่าง, ผลต่างกำลังสอง, กำลังสามของผลบวก, กำลังสามของผลต่าง, ผลบวกกำลังสาม และผลต่างกำลังสาม ทั้งหมดรวมอยู่ในตารางด้านบน
กำลังสองของผลบวกเท่ากับเท่าใด?
เท่ากับหน้ากำลังสอง บวกสองเท่าของหน้าคูณหลัง บวกหลังกำลังสอง: $(a+b)^2 = a^2 + 2ab + b^2 สำหรับกำลังสองของผลต่าง พจน์กลางจะเป็นลบ: $(a-b)^2 = a^2 - 2ab + b^2
จะแยกตัวประกอบผลต่างกำลังสองได้อย่างไร?
ใช้สูตร $a^2 - b^2 = (a-b)(a+b) เช่น $x^2 - 25 = x^2 - 5^2 = (x-5)(x+5) เพียงแค่ดูว่าพจน์ทั้งสองเป็นกำลังสองสมบูรณ์และมีเครื่องหมายลบตรงกลาง
ทำไม $(a+b)^2$ ถึงไม่เท่ากับ $a^2 + b^2$?
เพราะเมื่อคูณ \((a+b)(a+b)\) จะมีพจน์ \(ab\) เพิ่มมาอีกสองพจน์ ซึ่งรวมกันได้พจน์กลาง \(2ab\) ห้ามลืมพจน์นี้: ที่ถูกต้องคือ $(a+b)^2 = a^2 + 2ab + b^2
กำลังสามของผลบวกต่างจากผลบวกกำลังสามอย่างไร?
กำลังสามของผลบวก \((a+b)^3 = a^3 + 3a^2b + 3ab^2 + b^3\) คือการกระจายพจน์ ส่วนผลบวกกำลังสาม \(a^3 + b^3 = (a+b)(a^2 - ab + b^2)\) คือการแยกตัวประกอบ เป็นคนละสูตรกัน อย่าสับสน
เรียนสูตรการคูณย่อตอน ม.ไหน?
ปกติเรียนตอน ม.2 ในวิชาคณิตศาสตร์: เริ่มจากกำลังสองของผลบวก/ผลต่าง และผลต่างกำลังสอง ก่อนจะไปถึงสูตรกำลังสาม ซึ่งจะถูกนำไปใช้อย่างต่อเนื่องในการลดรูปนิพจน์ ตัดทอนเศษส่วน และแก้สมการ