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我们来看这道题:计算3乘以括号4加1乘以括号4的平方加1乘以括号4的4次方加1乘以括号4的8次方加1,最后加1的值。首先观察这个表达式的结构特点。我们发现各个因子都是4的n次方加1的形式,其中指数分别是1、2、4、8,形成一个等比数列,每一项都是前一项的2倍。面对这样复杂的乘积,我们需要寻找巧妙的计算方法。
我们来看这道题:3乘以括号4加1乘以括号4的平方加1乘以括号4的4次方加1乘以括号4的8次方加1,最后加1。观察这个表达式的特征:我们看到连续的二次幂4的1次方、4的平方、4的4次方、4的8次方;每项都是4的幂次加1的形式;前面的系数是3;最后还要加上1。这种特殊的结构提示我们应该使用平方差公式来解决这个问题。
解决这个问题的核心技巧是利用平方差公式。平方差公式告诉我们,a减b乘以a加b等于a的平方减b的平方。关键的洞察是:我们可以将3写成4减1的形式。这样,原式就变成了括号4减1乘以括号4加1乘以后面各项,再加1。为什么要这样变形呢?首先,这创造了应用平方差公式的条件;其次,我们可以利用连续相消的望远镜效应;最后,将复杂的乘积转化为简单的形式。通过这种巧妙的变形,我们就能够逐步应用平方差公式了。
现在我们来逐步计算。首先,4减1乘以4加1,根据平方差公式等于4的平方减1的平方,即16减1等于15。接下来,4的平方减1乘以4的平方加1,等于4的平方的平方减1的平方,即4的4次方减1。继续,4的4次方减1乘以4的4次方加1,等于4的8次方减1。最后,4的8次方减1乘以4的8次方加1,等于4的16次方减1。所以原式等于4的16次方减1再加1,结果就是4的16次方。计算4的16次方:4的16次方等于4的4次方的4次方,即256的4次方。256的平方是65536,256的4次方就是65536的平方,等于4294967296。
通过巧妙的变形和平方差公式的应用,我们得到了最终答案:4的16次方等于4294967296。让我们总结一下解题方法:首先,识别题目中特殊结构的乘积形式;然后,巧妙变形创造平方差公式的应用条件;接着,利用望远镜效应让中间项逐步相消;最后,化简得到最终答案。这道题的关键在于将系数3改写为4减1,这是解题的核心突破点。这种技巧在处理类似的代数问题时非常有用。
现在我们详细展示连续应用平方差公式的过程。根据平方差公式,a减b乘以a加b等于a的平方减b的平方。第一步:4减1乘以4加1,等于4的平方减1的平方,即16减1等于15。但我们不需要具体计算15,而是保持4的平方减1的形式。第二步:4的平方减1乘以4的平方加1,根据平方差公式等于4的平方的平方减1的平方,即4的4次方减1。第三步:4的4次方减1乘以4的4次方加1,等于4的4次方的平方减1的平方,即4的8次方减1。第四步:4的8次方减1乘以4的8次方加1,等于4的8次方的平方减1的平方,即4的16次方减1。这就是著名的望远镜效应,中间项逐步相消,最终得到4的16次方减1。加上最后的1,结果就是4的16次方。
现在我们完成最终的计算步骤。通过前面的推导,我们得到括号4减1乘以括号4加1乘以后面各项等于4的16次方减1。因此原式等于4的16次方减1再加1,结果就是4的16次方。接下来计算4的16次方的值。4的16次方等于2的2次方的16次方,即2的32次方。我们也可以写成4的4次方的4次方,即256的4次方。先计算256的平方等于65536,然后256的4次方等于256的平方的平方,即65536的平方,等于4294967296。所以最终答案是4294967296,这是一个10位数,大约43亿。我们可以验证这个结果:从4的1次方是4,4的平方是16,4的4次方是256,4的8次方是65536,到4的16次方是4294967296,每一步都符合我们的计算。