Нелинейные уравнения с двумя переменными и их система
Уравнения с двумя переменными \(x \ и \ y\) имеет вид \(f(x,y)= \varphi(x,y)\) , где \( f\ и \ \varphi\) – выражения с переменными \(x \ и \ y\) .
Если в уравнении \(x(x-y)=4\) подставить вместо переменной х ее значение –1, а вместо у – значение 3, то получится верное равенство: \(1\cdot(-1-3)=4\) . Пара (–1; 3) значений переменных х и у является решением уравнения \(x(x-y)=4\) .
То есть решением уравнения с двумя переменными называют множество упорядоченных пар значений переменных, образующих это уравнение в верное равенство.
Нелинейные уравнения с двумя переменными решаются так же, как и линейные уравнения с двумя переменными, – с помощью графика. При этом желательно переменную у выразить через х и построить график полученной функции. Все соответствующие координаты точек графика будут являться парами ответов данного уравнения.
Система вида \(\left\< \begin
Две системы называются равносильными, если множества их решений совпадают или обе системы не имеют решений.
Утверждения о равносильности систем уравнений:
- если одно из уравнений системы заменить на равносильное уравнение, то получим систему, равносильную исходной;
- если одно из уравнений системы заменить суммой каких-либо двух уравнений данной системы, то получим систему, равносильную исходной;
- если одно из уравнений системы выражает зависимость какой-либо переменной, например x, через другие переменные, то, заменив в каждом уравнении системы переменную x на ее выражение через другие переменные, получим систему, равносильную исходной.
Рассмотрим некоторые методы решения нелинейных систем уравнений.
Метод разложения на множители
Пример 1. Решить систему: \(\left\< \begin
Заметим, что множитель \(x+y+1\ne0\) , так как в этом случае правая часть второго уравнения системы также обратилась бы в нуль. Следовательно, система равносильна системе \(\left\< \begin
Решим второе уравнение:
\((2(2y-1)-y +1)(2y-1+y+1) =6 \\( 4y — 2 -y + 1)\cdot 3y = 6 \\(3y-1)\cdot 3y = 6 \\9y ^2-3y -2 = 0 \\y_1= 1; y_2 = -\frac23\)
Выразив x из первого уравнения и подставив во второе, получили уравнения для нахождения у. В первое уравнение системы вместо у подставляем найденное значение и находим значения x: \(x_1=1; \ x_2=-\frac73\) .
Ответ: \((1; 1); (- \frac73; — \frac23 )\) .
Метод исключения одной из неизвестных
Метод исключения неизвестных позволяет последовательно сводить решение данной системы к решению системы (или совокупности систем), содержащей на одну переменную меньше.
Пример 2. Решить систему: \(\left\< \begin
Решение: Левые части уравнений системы содержат одни и те же комбинации неизвестных. Умножим уравнения на подходящие множители с тем, чтобы исключить из системы одно из неизвестных. Из системы исключим х 2 . Для этого умножим первое уравнение на –3 и сложим со вторым уравнением.
В результате получаем уравнение \((xy)^2-11xy+18=0\) .
Решим данное уравнение путем замены.
Пусть \(xy = t\) , тогда \( t^2 — 11t + 18= 0\) , откуда \(t_1 = 2; t_2 = 9\) .
Таким образом, исходная система распадается на системы:
В первом случае находим \(x^2=1\) . Если \(x = 1, то\ y = 2 , \ а \ если\ x = -1, \ то\ y = -2\) .
Во втором случае получаем \(x^2=-209\) , т. е. не имеет действительных решений.
Метод подстановки
Пример 3. Решить систему: \(\left\< \begin
Решение: \(\left\< \begin
\(\left\< \begin
Метод введения новых переменных
Пример 4. Решить систему: \(\left\< \begin
Решение: Введем новые неизвестные \(u =x+y, v = \frac
Системы с нелинейными уравнениями
Нелинейные уравнения с двумя неизвестными |
Системы из двух уравнений, одно из которых линейное |
Однородные уравнения второй степени с двумя неизвестными |
Системы из двух уравнений, одно из которых однородное |
Системы из двух уравнений, сводящиеся к системам, в которых одно из уравнений однородное |
Примеры решения систем уравнений других видов |
Нелинейные уравнения с двумя неизвестными
Определение 1 . Пусть A – некоторое множество пар чисел (x ; y) . Говорят, что на множестве A задана числовая функция z от двух переменных x и y , если указано правило, с помощью которого каждой паре чисел из множества A ставится в соответствие некоторое число.
Задание числовой функции z от двух переменных x и y часто обозначают так:
z = f (x , y) , | (1) |
причем в записи (1) числа x и y называют аргументами функции , а число z – значением функции , соответствующим паре аргументов (x ; y) .
Определение 2 . Нелинейным уравнением с двумя неизвестными x и y называют уравнение вида
f (x , y) = 0 , | (2) |
где f (x , y) – любая функция, отличная от функции
где a , b , c – заданные числа.
Определение 3 . Решением уравнения (2) называют пару чисел (x ; y) , для которых формула (2) является верным равенством.
Пример 1 . Решить уравнение
x 2 – 4xy + 6y 2 – – 12 y +18 = 0 . | (3) |
Решение . Преобразуем левую часть уравнения (3):
Таким образом, уравнение (3) можно переписать в виде
(x – 2y) 2 + 2(y – 3) 2 = 0 . | (4) |
Поскольку квадрат любого числа неотрицателен, то из формулы (4) вытекает, что неизвестные x и y удовлетворяют системе уравнений
решением которой служит пара чисел (6 ; 3) .
Пример 2 . Решить уравнение
sin (xy) = 2 . | (5) |
вытекает, что уравнение (5) решений не имеет.
Ответ : Решений нет.
Пример 3 . Решить уравнение
ln (x – y) = 0 . | (6) |
Следовательно, решением уравнения (6) является бесконечное множество пар чисел вида
где y – любое число.
Системы из двух уравнений, одно из которых линейное
Определение 4 . Решением системы уравнений
называют пару чисел (x ; y) , при подстановке которых в каждое из уравнений этой системы получается верное равенство.
Системы из двух уравнений, одно из которых линейное, имеют вид
где a , b , c – заданные числа, а g(x , y) – функция двух переменных x и y .
Пример 4 . Решить систему уравнений
(7) |
Решение . Выразим из первого уравнения системы (7) неизвестное y через неизвестное x и подставим полученное выражение во второе уравнение системы:
Таким образом, решениями системы (7) являются две пары чисел
и
Ответ : (– 1 ; 9) , (9 ; – 1)
Однородные уравнения второй степени с двумя неизвестными
Определение 5 . Однородным уравнением второй степени с двумя неизвестными x и y называют уравнение вида
где a , b , c – заданные числа.
Пример 5 . Решить уравнение
3x 2 – 8xy + 5y 2 = 0 . | (8) |
Решение . Для каждого значения y рассмотрим уравнение (8) как квадратное уравнение относительно неизвестного x . Тогда дискриминант D квадратного уравнения (8) будет выражаться по формуле
откуда с помощью формулы для корней квадратного уравнения найдем корни уравнения (8):
Ответ . Решениями уравнения (8) являются все пары чисел вида
( y ; y) или
где y – любое число.
Следствие . Левую часть уравнения (8) можно разложить на множители
Системы из двух уравнений, одно из которых однородное
Системы из двух уравнений, одно из которых однородное, имеют вид
где a , b , c – заданные числа, а g(x , y) – функция двух переменных x и y .
Пример 6 . Решить систему уравнений
(9) |
рассматривая его как квадратное уравнение относительно неизвестного x :
.
В случае, когда x = – y , из второго уравнения системы (9) получаем уравнение
корнями которого служат числа y1 = 2 , y2 = – 2 . Находя для каждого из этих значений y соответствующее ему значение x , получаем два решения системы: (– 2 ; 2) , (2 ; – 2) .
,
из второго уравнения системы (9) получаем уравнение
которое корней не имеет.
Ответ : (– 2 ; 2) , (2 ; – 2)
Системы из двух уравнений, сводящиеся к системам, в которых одно из уравнений однородное
Пример 7 . Решить систему уравнений
(10) |
Решение . Совершим над системой (10) следующие преобразования:
- второе уравнение системы оставим без изменений;
- к первому уравнению, умноженному на 5 , прибавим второе уравнение, умноженное на 3 , и запишем полученный результат вместо первого уравнения системы (10).
В результате система (10) преобразуется в равносильную ей систему (11), в которой первое уравнение является однородным уравнением:
(11) |
рассматривая его как квадратное уравнение относительно неизвестного x :
.
В случае, когда x = – 5y , из второго уравнения системы (11) получаем уравнение
которое корней не имеет.
,
из второго уравнения системы (11) получаем уравнение
,
корнями которого служат числа y1 = 3 , y2 = – 3 . Находя для каждого из этих значений y соответствующее ему значение x , получаем два решения системы: (– 2 ; 3) , (2 ; – 3) .
Ответ : (– 2 ; 3) , (2 ; – 3)
Примеры решения систем уравнений других видов
Пример 8 . Решить систему уравнений (МФТИ)
Решение . Введем новые неизвестные u и v , которые выражаются через x и y по формулам:
(13) |
Для того, чтобы переписать систему (12) через новые неизвестные, выразим сначала неизвестные x и y через u и v . Из системы (13) следует, что
(14) |
Решим линейную систему (14), исключив из второго уравнения этой системы переменную x . С этой целью совершим над системой (14) следующие преобразования:
- первое уравнение системы оставим без изменений;
- из второго уравнения вычтем первое уравнение и заменим второе уравнение системы на полученную разность.
В результате система (14) преобразуется в равносильную ей систему
из которой находим
(15) |
Воспользовавшись формулами (13) и (15), перепишем исходную систему (12) в виде
(16) |
У системы (16) первое уравнение – линейное, поэтому мы можем выразить из него неизвестное u через неизвестное v и подставить это выражение во второе уравнение системы:
Следовательно, решениями системы (16) являются две пары чисел
Из формул (13) вытекает, что , поэтому первое решение должно быть отброшено. В случае u2 = 5, v2 = 2 из формул (15) находим значения x и y :
Определение 6 . Решением системы из двух уравнений с тремя неизвестными называют тройку чисел (x ; y ; z) , при подстановке которых в каждое уравнение системы получается верное равенство.
Пример 9 . Решить систему из двух уравнений с тремя неизвестными
(17) |
Решение . У системы (17) первое уравнение – линейное, поэтому мы можем выразить из него неизвестное z через неизвестные x и y и подставить это выражение во второе уравнение системы:
(18) |
Перепишем второе уравнение системы (18) в другом виде:
Поскольку квадрат любого числа неотрицателен, то выполнение последнего равенства возможно лишь в случае x = 4, y = 4 .
Ответ : (4 ; 4 ; – 4)
Замечание . Рекомендуем посетителю нашего сайта, интересующемуся методами решения систем уравнений, ознакомиться также c разделом справочника «Системы линейных уравнений» и нашим учебным пособием «Системы уравнений».
Конспект урока алгебры на тему «Системы нелинейных уравнений с двумя переменными «
Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.
Конспект урока по алгебре
«Система нелинейных уравнений с двумя переменными»
Конспект урока алгебры 9 класс.
Тема: «Система нелинейных уравнений с двумя переменными»
Систематизировать материал и применить знания в новой ситуации.
Научить определять рациональный способ решения систем уравнений с двумя переменными.
Развить интерес к предмету, внимание, речь, логическое мышление, умение применять свои знания на практике.
Содействовать воспитанию ответственности, аккуратности, самостоятельности. Умению работать в парах.
Тип: Изучение нового материала.
Приветствие. Психологический настрой: Учитель : Добрый день, друзья! Я рада вас видеть и очень хочу начать работу с вами. Хорошего вам настроения и успехов! Все ли готовы к уроку?
Дети : Да!
Учитель : Тогда вперед!
У каждого из вас на парте имеется лист самооценки, который вы заполняете в течении урока, критерии оценки записаны на листе.
Запишите тему урока в тетрадь. Как вы думаете, чему мы сегодня должны научиться? (научиться решать системы нелинейных уравнений и определить какой из способов более рациональный)
Все ли слова вам понятны?
-Что такое уравнение?
-Что значит уравнение с двумя переменными?
-Что является решением уравнения?
-Что значит система уравнений?
-какие уравнения называются нелинейными?
Выполнить задание на доске: разложить уравнения по местам
7у 4 -3ху 2 +11х 5 =0
Не забудьте проверить задание и заполнить оценочный лист.
Линейные уравнения мы с вами уже изучили, теперь переходим к изучению нелинейных уравнений. Определите степень уравнений.
Переходим к ключевому слову темы (система).
Нам это знакомо с уроков 6 класса. Сколько и какие способы решения системы вы знаете? (заполнить таблицу)
Способы решения систем линейных уравнений
Если два способа предусматривают аналитическое решение, то графический способ требует умение строить графики функций.
-Какие графики мы уже умеем строить?
Сейчас вы должны выполнить задание, у каждого на парте лежат карточки с формулами.
Задание: назовите график данной функций и покажите пантомимой ,как он выглядит.
Давайте вспомним алгоритм построения графика (выразить у, построить таблицу, заполнить её, построить точки, соединить точки).
Проблема : Все эти способы применялись для решения линейных уравнений. Сегодня мы проведем исследование. Можно ли применять эти способы в решении нелинейных уравнений?
Работать будем в парах. Сейчас выберите спикера (командира). Правила работы в паре вам известны. Заполните карточки «ЗХУ» (Знаю, Хочу знать, Узнал). Знаю (способы и алгоритм решения систем линейных уравнений); хочу знать (подходя т ли способы решения систем линейных уравнений к решению систем нелинейных уравнений) Два первых столбика в таблице заполняем сейчас, последний столбик –в конце урока.
Каждой группе раздается лист для работы. Изучить задание и алгоритм решения. Внимательно слушать выступления групп.
Беседа со спикером.
-Чем этот способ удобен (не удобен)? Сделайте вывод. Можно ли применить этот способ к решению уравнений по новой теме?
После выступления трех групп задается вопрос ко всем учащимся.
-Можно ли применить эти способы в решении систем нелинейных уравнений с двумя переменными? В чем их отличие? (несколько пар в решении систем).
Осталось определить, какой из способов самый рациональный.
Решить систему нелинейных уравнений с двумя переменными.(каждая группа решает выбранным способом).
Вывод учителю: в графическом способе не всегда точный ответ, а 1 и 2 способы по желанию.
Задание на закрепление.
1.Решите систему уравнений
(-1; 0), (0; -1) C ) (-2; 0), (0; -2)
(1; 0), (0; 1) D) (1; 1), (-1; 1)
2.Какая пара чисел является решением системы
(-7; 3) B) (7; -3) C) (-3; 7) D) (3; -7)
3.Решите систему уравнений
Какая пара чисел является решением системы
2.Решите систему уравнений
А) (2; 1), (1; -2) C ) (2,5; 1), (0,5; 5)
В) (1; 2,5), (0,5; -5) D ) (-1; -2,5), (-0,5; 5)
3.Решите систему уравнений
По итогам теста самопроверка.
1 вариант 2 вариант
Подведение итогов занятия:
Подсчитайте количество баллов в вашей таблице и поставьте себе оценку .
Заполните последнюю графу таблицы «ЗХУ». (Сегодня на уроке мы узнали, что способы решения систем линейных уравнений подходят и для решения систем нелинейных уравнений)
Домашнее задание (решить систему уравнений . Уровень А решает систему рациональным способом; уровень Б- всеми изученными способами).
http://www.resolventa.ru/spr/algebra/system1.htm
http://infourok.ru/konspekt-uroka-algebri-na-temu-sistemi-nelineynih-uravneniy-s-dvumya-peremennimi-497043.html