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在这篇文章中,笔者将阐述二次多项式定理,并给出它的一个证明。

所谓二次多项式定理,则对于任意一个二次多项式 (a1+a2+a3+...+an)2(a_1+a_2+a_3+...+a_n)^2,都有
(a1+a2+a3+...+an)2=i=1nai2+j=1n1k=j+1n2ajak(a_1+a_2+a_3+...+a_n)^2 = \sum^{n}_{i = 1} a_i^2+ \sum^{n-1}_{j=1}\sum^{n}_{k=j+1}2a_ja_k
也可以写作
(a1+a2+a3+...+an)2=a12+a22+a32+...+an2+2a1a2+2a1a3+...+2a1an1+2a1an+2a2a3+...+2an1an(a_1+a_2+a_3+...+a_n)^2 = a_1^2+a_2^2+a_3^2+...+a_n^2+2a_1a_2+2a_1a_3+...+2a_1a_{n-1}+2a_1a_n+2a_2a_3+...+2a_{n-1}a_n

证明:
使用数学归纳法证明。

  1. 证明在 n=1n=1 时,原式成立。
    n=1n=1 时,原式左边 = a12a_1^2, 原式右边 = i=11ai2+j=10k=j+112ajak\sum^{1}_{i = 1} a_i^2+ \sum^{0}_{j=1}\sum^{1}_{k=j+1}2a_ja_k = a12a_1^2, 左边 = 右边.

  2. 证明能从 n=mn = m 时原式成立,推导出 n=m+1n = m+1 时原式成立。
    n=m+1n=m+1 时,原式左边 =
    (a1+a2+a3+...+am+am+1)2=((a1+a2+a3+...+am)+am+1)2=(a1+a2+a3+...+am)2+am+12+2am+1(a1+a2+a3+...+am)=i=1mai2+j=1m1k=j+1m2ajak+am+12+l=1m2alam+1=i=1m+1ai2+j=1mk=j+1m+12ajak(a_1+a_2+a_3+...+a_m+a_{m+1})^2 = ((a_1+a_2+a_3+... + a_m)+a_{m+1})^2\\ = (a_1+a_2+a_3+...+a_m)^2+a_{m+1}^2 + 2a_{m+1}(a_1+a_2+a_3+...+a_m)\\ = \sum^{m}_{i=1}a_i^2+\sum^{m-1}_{j=1}\sum^{m}_{k=j+1}2a_ja_k + a_{m+1}^2 + \sum^{m}_{l=1} 2a_la_{m+1}\\ = \sum^{m+1}_{i=1}a_i^2+\sum^{m}_{j=1}\sum^{m+1}_{k=j+1}2a_ja_k

证明完毕。
二次多项式定理的性质也可以拓展到高次多项式定理。这里留作笔者自己未来研究。

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