Cubo di un Binomio

Il cubo di un binomio è un prodotto notevole tra polinomi. In questa lezione ricaveremo la formula per calcolare il cubo di un binomio sia nel caso in cui i segni dei termini siano concordi, sia nel caso in cui siano discordi. Vedremo anche alcuni esempi.

Cubo di un Binomio

Prendiamo un binomio composto da due monomi, ad esempio a + b.

Volendo calcolare il cubo di questo binomio, dobbiamo moltiplicare il binomio per se stesso due volte, in questo modo:

\left( a + b \right)^3 =
= \left( a + b \right) \cdot \left( a + b \right) \cdot \left( a + b \right)

Proviamo a ricavare il risultato. Per prima cosa, moltiplichiamo il primo binomio per il secondo. Tuttavia si tratta di un quadrato di un binomio, per cui possiamo scrivere:

= \left( a^2 + 2ab + b^2 \right) \cdot \left( a + b \right)

A questo punto possiamo sviluppare il prodotto tra questi due polinomi in questo modo:

= a^3 + a^2b + 2a^2b + 2ab^2 + ab^2 + b^3

Ora possiamo semplificare il risultato, sommando i monomi simili:

= a^3 + 3a^2b + 3ab^2 + b^3

Questo risultato è un'importante prodotto notevole tra polinomi e prende il nome di cubo di un binomio.

Definizione

Cubo di un Binomio

Il cubo di un binomio (A + B)^3, chiamato anche cubo di un binomio a segni concordi, è il seguente polinomio:

\left( A + B \right)^3 = A^3 + 3A^2B + 3AB^2 + B^3

Cubo di un Binomio con Segni Discordi

Se il binomio è composto da due monomi con segni discordi, ad esempio a - b, il risultato sarà diverso. Proviamo a calcolare il cubo di questo binomio:

\left( a - b \right)^3 =
= \left( a - b \right) \cdot \left( a - b \right) \cdot \left( a - b \right)

Utilizziamo nuovamente il quadrato di un binomio per semplificare il prodotto:

= \left( a^2 - 2ab + b^2 \right) \cdot \left( a - b \right)

Come possiamo osservare, in questo caso abbiamo che il monomio intermedio è negativo. Sviluppiamo il prodotto in questo modo:

= a^3 - a^2b - 2a^2b + 2ab^2 + ab^2 - b^3

Ora possiamo semplificare il risultato, sommando e sottraendo i monomi simili:

= a^3 - 3a^2b + 3ab^2 - b^3

Rispetto al caso precedente, abbiamo che i due termini in cui appare b con esponente dispari hanno il segno negativo. Per cui:

Definizione

Cubo di un Binomio con Segni Discordi

Il cubo di un binomio con segni discordi (A - B)^3 è il seguente polinomio:

\left( A - B \right)^3 = A^3 - 3A^2B + 3AB^2 - B^3

Nel risultato i due termini in cui appare B con esponente dispari hanno il segno negativo.

Esempi

Vediamo, adesso, alcuni esempi di cubo di un binomio.

Esempio

Esempio 1

Calcoliamo il cubo di x + 2.

Proviamo dapprima a calcolare il risultato in maniera diretta senza usare la formula. Quindi moltiplichiamo il binomio per se stesso due volte:

\left( x + 2 \right)^3 =
= \left( x + 2 \right) \cdot \left( x + 2 \right) \cdot \left( x + 2 \right)
= \left( x^2 + 4x + 4 \right) \cdot \left( x + 2 \right)
= x^3 + 2x^2 + 4x^2 + 8x + 4x + 8
= x^3 + 6x^2 + 12x + 8

Adesso applichiamo in maniera diretta la formula del cubo di un binomio:

\left( x + 2 \right)^3 =
= (x)^2 + 3 \cdot (x)^2 \cdot (2) + 3 \cdot (x) \cdot (2)^2 + (2)^3
= x^3 + 6x^2 + 12x + 8

Il risultato è uguale a quello ottenuto prima.

Esempio

Esempio 2

Calcoliamo il cubo di 2a^2 - 3b.

Proviamo dapprima a calcolare il risultato in maniera diretta senza usare la formula. Quindi moltiplichiamo il binomio per se stesso due volte:

\left( 2a^2 - 3b \right)^3 =
= \left( 2a^2 - 3b \right) \cdot \left( 2a^2 - 3b \right) \cdot \left( 2a^2 - 3b \right)
= \left( 4a^4 - 12a^2b + 9b^2 \right) \cdot \left( 2a^2 - 3b \right)
= 8a^6 - 12a^4b - 24a^4b + 36a^2b^2 + 18a^2b^2 - 27b^3
= 8a^6 - 36a^4b + 54a^2b^2 - 27b^3

Adesso applichiamo in maniera diretta la formula del cubo di un binomio ricordando che ha i segni discordi:

\left( 2a^2 - 3b \right)^3 =
= (2a^2)^3 - 3 \cdot (2a^2)^3 \cdot (3b) + 3 \cdot (2a^2) \cdot (3b)^3 - (3b)^3
= 8a^6 - 36a^4b + 54a^2b^2 - 27b^3

Il risultato è uguale a quello ottenuto prima.

In Sintesi

In questa lezione abbiamo studiato il prodotto notevole del Cubo di un Binomio. Dati due monomi A e B abbiamo ottenuto la formula:

\left( A + B \right)^3 = A^3 + 3A^2B + 3AB^2 + B^3

Dato che entrano in gioco potenze di A e B con esponente dispari, abbiamo visto che il risultato cambia se i segni dei due monomi sono concordi o discordi. Infatti, nel caso in cui i segni siano discordi, abbiamo che i due termini in cui appare B con esponente dispari hanno il segno negativo:

\left( A - B \right)^3 = A^3 - 3A^2B + 3AB^2 - B^3