Рівняння з двома змінними та їх системи

Одне рівняння з двома невідомими розв'язку не визначає — потрібні два. Ця проста ідея робить системи головним інструментом для текстових задач: майже будь-яка сюжетна умова (про рух, суміші, покупки чи роботу) містить рівно стільки незалежних фактів, скільки невідомих. Навчитися перекладати текст у систему важливіше, ніж швидко її розв'язувати.

Лінійне рівняння з двома змінними

Рівняння виду ax+by=cax + by = c (де aa, bb не дорівнюють нулю одночасно) має безліч розв'язків — пар (x;y)(x; y). Графік такого рівняння — пряма.

Система рівнянь

Система двох рівнянь вимагає знайти пари (x;y)(x; y), що задовольняють обидва рівняння одночасно. Геометрично розв'язок — це точка перетину двох прямих.

Порухай нахили й зсуви прямих і простеж за точкою перетину:

Можливі три випадки:

Геометрична картина одразу пояснює, коли розв'язків немає, а коли їх безліч. Прямі не перетинаються, якщо вони паралельні — тобто мають однаковий нахил, але різні зсуви. І збігаються, якщо одне рівняння є другим, помноженим на число: тоді це насправді одна пряма, записана двічі.

Методи розв'язування

Метод підстановки: з одного рівняння виражають одну змінну й підставляють у друге.

Метод додавання: рівняння додають (або віднімають) так, щоб одна змінна зникла.

Обирати метод варто за виглядом системи. Якщо в якомусь рівнянні змінна вже стоїть окремо (або має коефіцієнт 11), швидша підстановка. Якщо коефіцієнти при одній змінній однакові чи протилежні — швидше додавання.

Як перевірити відповідь

Підстав знайдені xx і yy в обидва рівняння — мають вийти правильні рівності.

Приклад 1 — метод додавання

Розв'яжемо систему: 3x+2y=163x + 2y = 16 і x2y=4x - 2y = 4.

  1. Коефіцієнти при yy протилежні (+2+2 і 2-2) — додаємо рівняння почленно: (3x+x)+(2y2y)=16+4(3x + x) + (2y - 2y) = 16 + 4;
  2. дістаємо 4x=204x = 20, отже x=5x = 5;
  3. підставляємо в друге рівняння: 52y=45 - 2y = 4, звідси 2y=12y = 1 і y=0,5y = 0{,}5.

Відповідь: (5; 0,5)(5;\ 0{,}5). Перевірка в першому рівнянні: 35+20,5=15+1=163\cdot5 + 2\cdot0{,}5 = 15 + 1 = 16 ✅.

Текстові задачі

Багато текстових задач зводяться до системи. Наприклад, «сума двох чисел дорівнює SS, а різниця — DD»:

{x+y=Sxy=Dx=S+D2, y=SD2.\begin{cases} x + y = S \\ x - y = D \end{cases} \Rightarrow x = \dfrac{S + D}{2}, \ y = \dfrac{S - D}{2}.

Головне

Спершу познач невідомі буквами, потім склади рівняння за умовою — і лише тоді розв'язуй.

Порада, що економить найбільше часу: познач буквами саме те, про що питають. Якщо в задачі просять знайти кількість учнів, зручно позначити через xx саме її, а не якусь проміжну величину — інакше наприкінці легко забути зробити останній перехід і записати у відповідь не те.

Приклад 2 — текстова задача

За 33 зошити й 22 ручки заплатили 8585 грн, а за 11 зошит і 44 ручки — 9595 грн. Скільки коштує зошит?

  1. Позначимо: xx — ціна зошита, yy — ціна ручки;
  2. складаємо систему: 3x+2y=853x + 2y = 85 і x+4y=95x + 4y = 95;
  3. з другого рівняння виражаємо x=954yx = 95 - 4y і підставляємо в перше: 3(954y)+2y=853(95 - 4y) + 2y = 85;
  4. розкриваємо дужки: 28512y+2y=85285 - 12y + 2y = 85, тобто 10y=200-10y = -200 і y=20y = 20;
  5. повертаємося до xx: x=95420=15x = 95 - 4\cdot20 = 15.

Відповідь: зошит коштує 1515 грн (а ручка — 2020 грн). Перевірка: 315+220=45+40=853\cdot15 + 2\cdot20 = 45 + 40 = 85 ✅.

Системи з рівнянням другого степеня

Якщо одне рівняння системи — другого степеня, часто зручна симетрична система {x+y=sxy=p\begin{cases} x + y = s \\ xy = p \end{cases}. За теоремою Вієта xx і yy — це корені квадратного рівняння t2st+p=0t^2 - s\,t + p = 0.

Прийом економить чимало часу: замість підстановки й громіздких перетворень одразу складають квадратне рівняння. Зверни увагу, що така система дає дві пари-розв'язки — (t1; t2)(t_1;\ t_2) і (t2; t1)(t_2;\ t_1), — бо змінні входять в неї симетрично.

Приклад 3 — симетрична система

Розв'яжемо систему: x+y=7x + y = 7 і xy=12xy = 12.

  1. За теоремою Вієта xx і yy — корені рівняння t27t+12=0t^2 - 7t + 12 = 0;
  2. розкладаємо: корені t1=3t_1 = 3, t2=4t_2 = 4 (сума 77, добуток 1212);
  3. отже розв'язки системи: (3; 4)(3;\ 4) і (4; 3)(4;\ 3).

Відповідь: (3; 4)(3;\ 4) і (4; 3)(4;\ 3).

Типові помилки

  • Знаходять лише одну змінну. Розв'язок системи — це пара чисел; знайшовши xx, обов'язково поверніться за yy.
  • Підставляють знайдене значення в те саме рівняння, з якого його виразили. Так вийде тотожність 0=00 = 0 і жодної нової інформації — підставляти треба в інше рівняння.
  • Плутають «немає розв'язків» із «безліч розв'язків». Паралельні різні прямі — розв'язків немає; прямі, що збігаються, — розв'язків безліч.
  • Помиляються зі знаком при відніманні рівнянь. Віднімаючи, змінюй знак кожного доданка правої системи, а не лише першого.
  • Забувають відповісти на питання задачі. Знайшли xx і yy — перечитай умову: там могли питати їхню суму, різницю чи лише одну з величин.

Перевір себе

Порада щодо вводу

Числові відповіді — одним числом. Для кількості розв'язків натисни потрібний варіант.

Розібрані приклади

Так виглядають задачі цієї теми в тренажері. Тут вони розібрані повністю — у самому тренажері числа в умові щоразу нові, а розв’язання відкривається після вашої відповіді.

  1. Приклад 1. Система: знайти x

    Розв'яжіть систему {3x+y=19x2y=3 \begin{cases} -3x + y = -19 \\ -x - 2y = 3 \end{cases} Знайдіть x. x.

    Відповідь: 55

    Розв'язання: x=5, y=4x = 5, \ y = -4
  2. Приклад 2. Система: знайти y

    Розв'яжіть систему {2x3y=21x+2y=0 \begin{cases} 2x - 3y = -21 \\ x + 2y = 0 \end{cases} Знайдіть y. y.

    Відповідь: 33

    Розв'язання: x=6, y=3x = -6, \ y = 3
  3. Приклад 3. Кількість розв’язків

    Скільки розв'язків має система {2x2y=6xy=5? \begin{cases} 2x - 2y = 6 \\ x - y = -5 \end{cases}\,?
    • А)Один розв’язок
    • Б)Немає розв’язків
    • В)Безліч розв’язків

    Відповідь: Один розв’язок

    Розв'язання: Один розв’язок\textbf{Один розв’язок}