24. (10分)(2024春·秦汇区月考)老师拿出三种型号的卡片,如图①.
(1)利用多项式与多项式相乘的法则,计算:$(a + 2b)(a + b)= $
$a^2 + 3ab + 2b^2$
;
(2)选取1张A型卡片,4张C型卡片,则应取
4
张B型卡片才能用它们拼成一个新的正方形,这个新的正方形的边长是
$a + 2b$
(用含a,b的代数式表示);
(3)选取4张C型卡片在纸上按图②的方式拼图,并剪出中间的正方形作为第四种D型卡片,由此可检验的等量关系为
$(a + b)^2 - 4ab = (a - b)^2$
;
(4)选取1张D型卡片,3张C型卡片按图③的方式不重叠地放在长方形MNPQ框架内,已知NP的长度固定不变,MN的长度可以变化,且$MN > a$,图中两阴影部分(长方形)的面积分别表示为$S_{1}$,$S_{2}$,若$S_{1}-S_{2}= 3b^{2}$,则a与b之间有什么数量关系?请说明理由.

解:$a$ 与 $b$ 之间的数量关系为 $a = 4b$。理由如下:
设 $MN = x$。
根据题意,得 $S_1 = (a - b)(x - a + b) = ax - bx - a^2 + 2ab - b^2$,$S_2 = 3b(x - a) = 3bx - 3ab$。
$\because S_1 - S_2 = 3b^2$,
$\therefore ax - bx - a^2 + 2ab - b^2 - (3bx - 3ab) = 3b^2$,
$\therefore (a - 4b)x - a^2 + 5ab - b^2 = 3b^2$,
$\therefore (a - 4b)x - (a^2 - 5ab + 4b^2) = 0$,
$\therefore (a - 4b)x - (a - 4b)(a - b) = 0$,
$\therefore (a - 4b)[x - (a - b)] = 0$,
$\therefore (x - a + b)(a - 4b) = 0$。
$\because x > a$,$\therefore a - 4b = 0$,$\therefore a = 4b$,
$\therefore a$ 与 $b$ 之间的数量关系为 $a = 4b$。