Докажите тождество Диофанта (III в.):
(a2+b2)(c2+d2)=(ac+bd)2+(ad−bc)2 Краткое решение
1) Раскроем скобки в левой части:
(a2+b2)(c2+d2)=a2c2+a2d2+b2c2+b2d2. 2) Раскроем скобки в правой части:
(ac+bd)2+(ad−bc)2=(a2c2+2acbd+b2d2)+(a2d2−2adbc+b2c2)= =a2c2+2abcd+b2d2+a2d2−2abcd+b2c2= =a2c2+b2d2+a2d2+b2c2. 3) Сравним результаты:
a2c2+a2d2+b2c2+b2d2=a2c2+a2d2+b2c2+b2d2. Тождество доказано.
Подробное решение
📚 Справка: Доказательство тождеств
Для доказательства тождества часто используют метод преобразования обеих частей выражения к одному и тому же виду. Если после раскрытия всех скобок и приведения подобных слагаемых левая и правая части совпали, тождество считается доказанным.
Развернутый пошаговый разбор доказательства
Шаг 1. Преобразование левой части выражения
Нам нужно перемножить два многочлена: (a2+b2) и (c2+d2). По правилу умножения многочленов, умножаем каждый член первой скобки на каждый член второй скобки:
- Умножаем a2 на вторую скобку: a2⋅c2+a2⋅d2.
- Умножаем b2 на вторую скобку: b2⋅c2+b2⋅d2.
Записываем результат целиком: a2c2+a2d2+b2c2+b2d2. Дальнейшее упрощение здесь невозможно.
Шаг 2. Преобразование правой части выражения
Правая часть состоит из суммы двух квадратов двучленов: (ac+bd)2 и (ad−bc)2. Применяем формулы сокращенного умножения:
1. Раскрываем первый квадрат суммы:
(ac+bd)2=(ac)2+2⋅ac⋅bd+(bd)2=a2c2+2abcd+b2d2 2. Раскрываем второй квадрат разности:
(ad−bc)2=(ad)2−2⋅ad⋅bc+(bc)2=a2d2−2abcd+b2c2 Шаг 3. Упрощение правой части
Складываем полученные выражения: a2c2+2abcd+b2d2+a2d2−2abcd+b2c2.
Заметим, что средние члены 2abcd и −2abcd являются противоположными. При их сложении мы получаем ноль (они взаимно уничтожаются).
Остается выражение: a2c2+b2d2+a2d2+b2c2.
Шаг 4. Сравнение и вывод
Сравним результат из Шага 1 и Шага 3. После перестановки слагаемых в Шаге 3 мы видим, что буквенный состав обеих частей тождества абсолютно идентичен.
Следовательно, равенство является тождеством. Доказано.