Решение систем нелинейных уравнений способом подстановки

Системы уравнений

Прежде чем перейти к разбору как решать системы уравнений, давайте разберёмся, что называют системой уравнений с двумя неизвестными.

Системой уравнений называют два уравнения с двумя неизвестными (чаще всего неизвестные в них называют « x » и « y »), которые объединены в общую систему фигурной скобкой.

Например, система уравнений может быть задана следующим образом.

x + 5y = 7

3x − 2y = 4

Чтобы решить систему уравнений, нужно найти и « x », и « y ».

Как решить систему уравнений

Существуют два основных способа решения систем уравнений. Рассмотрим оба способа решения.

Способ подстановки
или
«железобетонный» метод

Первый способ решения системы уравнений называют способом подстановки или «железобетонным».

Название «железобетонный» метод получил из-за того, что с помощью этого метода практически всегда можно решить систему уравнений. Другими словами, если у вас не получается решить систему уравнений, всегда пробуйте решить её методом подстановки.

Разберем способ подстановки на примере.

x + 5y = 7

3x − 2y = 4

Выразим из первого уравнения « x + 5y = 7 » неизвестное « x ».

Чтобы выразить неизвестное, нужно выполнить два условия:

• перенести неизвестное, которое хотим выразить, в левую часть уравнения;
• разделить и левую и правую часть уравнения на нужное число так, чтобы коэффициент при неизвестном стал равным единице.

Перенесём в первом уравнении « x + 5 y = 7 » всё что содержит « x » в левую часть, а остальное в правую часть по правилу переносу.

При « x » стоит коэффициент равный единице, поэтому дополнительно делить уравнение на число не требуется.

x = 7 − 5y

3x − 2y = 4

Теперь, вместо « x » подставим во второе уравнение полученное выражение
« x = 7 − 5y » из первого уравнения.

x = 7 − 5y

3(7 − 5y) − 2y = 4

Подставив вместо « x » выражение « (7 − 5y) » во второе уравнение, мы получили обычное линейное уравнение с одним неизвестным « y ». Решим его по правилам решения линейных уравнений.

Чтобы каждый раз не писать всю систему уравнений заново, решим полученное уравнение « 3(7 − 5y) − 2y = 4 » отдельно. Вынесем его решение отдельно с помощью обозначения звездочка (*) .

x = 7 − 5y

3(7 − 5y) − 2y = 4 (*)

Мы нашли, что « y = 1 ». Вернемся к первому уравнению « x = 7 − 5y » и вместо « y » подставим в него полученное числовое значение. Таким образом можно найти « x ». Запишем в ответ оба полученных значения.

x = 7 − 5y

y = 1

x = 7 − 5 · 1

y = 1

x = 2

y = 1

Ответ: x = 2; y = 1

Способ сложения

Рассмотрим другой способ решения системы уравнений. Метод называется способ сложения. Вернемся к нашей системе уравнений еще раз.

x + 5y = 7

3x − 2y = 4

По правилам математики уравнения системы можно складывать. Наша задача в том, чтобы сложив исходные уравнения, получить такое уравнение, в котором останется только одно неизвестное.

Давайте сейчас сложим уравнения системы и посмотрим, что из этого выйдет.

При сложения уравнений системы левая часть первого уравнения полностью складывается с левой частью второго уравнения, а правая часть полностью складывается с правой частью.

x + 5y = 7	(x + 5y) + (3x − 2y) = 7 + 4
+ =>	x + 5y + 3x − 2y = 11
3x − 2y = 4	4x + 3y = 11

При сложении уравнений мы получили уравнение « 4x + 3y = 11 ». По сути, сложение уравнений в исходном виде нам ничего не дало, так как в полученном уравнении мы по прежнему имеем оба неизвестных.

Вернемся снова к исходной системе уравнений.

x + 5y = 7

3x − 2y = 4

Чтобы при сложении неизвестное « x » взаимноуничтожилось, нужно сделать так, чтобы в первом уравнении при « x » стоял коэффициент « −3 ».

Для этого умножим первое уравнение на « −3 ».

При умножении уравнения на число, на это число умножается каждый член уравнения.

x + 5y = 7 | ·(−3)

3x − 2y = 4

x · (−3) + 5y · (−3) = 7 · (−3)

3x − 2y = 4

−3x −15y = −21

3x − 2y = 4

Теперь сложим уравнения.

−3x −15y = −21	(−3x −15y ) + (3x − 2y) = −21 + 4
+ =>	− 3x − 15y + 3x − 2y = −21 + 4
3x − 2y = 4	−17y = −17 |:(−17)
y = 1

Мы нашли « y = 1 ». Вернемся к первому уравнению и подставим вместо « y » полученное числовое значение и найдем « x ».

x = 7 − 5y

y = 1

x = 7 − 5 · 1

y = 1

x = 2

y = 1

Ответ: x = 2; y = 1

Пример решения системы уравнения
способом подстановки

Выразим из первого уравнения « x ».

x = 17 + 3y

x − 2y = −13

Подставим вместо « x » во второе уравнение полученное выражение.

x = 17 + 3y

(17 + 3y) − 2y = −13 (*)

Подставим в первое уравнение полученное числовое значение « y = −30 » и найдем « x ».

x = 17 + 3y

y = −30

x = 17 + 3 · (−30)

y = −30

x = 17 −90

y = −30

x = −73

y = −30

Ответ: x = −73; y = −30

Пример решения системы уравнения
способом сложения

Рассмотрим систему уравнений.

3(x − y) + 5x = 2(3x − 2)

4x − 2(x + y) = 4 − 3y

Раскроем скобки и упростим выражения в обоих уравнениях.

3x − 3y + 5x = 6x − 4

4x − 2x − 2y = 4 − 3y

8x − 3y = 6x − 4

2x −2y = 4 − 3y

8x − 3y − 6x = −4

2x −2y + 3y = 4

2x − 3y = −4

2x + y = 4

Мы видим, что в обоих уравнениях есть « 2x ». Наша задача, чтобы при сложении уравнений « 2x » взаимноуничтожились и в полученном уравнении осталось только « y ».

Для этого достаточно умножить первое уравнение на « −1 ».

2x − 3y = −4 | ·(−1)

2x + y = 4

2x · (−1) − 3y · (−1) = −4 · (−1)

2x + y = 4

−2x + 3y = 4

2x + y = 4

Теперь при сложении уравнений у нас останется только « y » в уравнении.

−2x + 3y = 4	(−2x + 3y ) + (2x + y) = 4 + 4
+ =>	− 2x + 3y + 2x + y = 4 + 4
2x + y = 4	4y = 8 | :4
y = 2

Подставим в первое уравнение полученное числовое значение « y = 2 » и найдем « x ».

Источник

Методы решения систем нелинейных уравнений
статья по алгебре (9 класс) по теме

В работе рассмотрены раличные методы решения систем неленейных уравнений: 1) метод подстановки; 2) метод независимого решения одного из уравнений; 3) сведение системы к объединению более простых систем; 4) метод алгебраического сложения; 5) метод умножения уравнений;6) метод деления уравнений; 7) метод введения новых переменных ;8) применение теоремы Виета; 9) симметричные системы;10) «Граничные задачи»;11) графический метод.

Скачать:

Вложение	Размер
работа содержит примеры различных способов решения систем нелинейных уравнений	528.92 КБ

Предварительный просмотр:

Методы решения систем нелинейных уравнений.

( Работа педагога дополнительного образования Куца Федора Ивановича, МБОУ ДОД ДДТ г, Зверево РО, объединение «Школа решения нестандартных задач по математике»)

1) Метод подстановки.

a) Метод прямой подстановки.

Идея метода. Выбирается уравнение, в котором одна из переменных наиболее просто выражается через остальные переменные. Полученное выражение этой переменной подставляется в оставшиеся уравнения системы.

Решить систему уравнений

Корнями уравнения у 2 +2у –3 = 0 являются у 1 = 1, у 2 = — 3.

b) Комбинирование с другими методами.

Идея метода . Если метод прямой подстановки не применим на начальном этапе решения, то используются равносильные преобразования систем (почленное сложение, вычитание, умножение, деление), а затем проводят непосредственно прямую подстановку.

Решить систему уравнений

Поскольку х и у не могут принимать нулевые значения, разделим первое уравнение системы на второе, в результате получим линейное уравнение.

2) Метод независимого решения одного из уравнений.

Идея метода . Если в системе содержится уравнение, в котором находятся взаимно обратные выражения, то вводится новая переменная и относительно её решается уравнение. Затем система распадается на несколько более простых систем.

Решить систему уравнений

Рассмотрим первое уравнение системы: .

Сделав замену t = , где t ≠ 0, получаем t + = , 4t 2 — 17t + 4 = 0.

Откуда t 1 = 4, t 2 = .

Возвращаясь к старым переменным, рассмотрим два случая.

Корнями уравнения 4у 2 – 15у – 4 = 0 являются у 1 = 4, у 2 = — .

Корнями уравнения 4х 2 + 15х – 4 = 0 являются х 1 = — 4, х 2 = .

3)Сведение системы к объединению более простых систем.

a) Разложение на множители способом вынесения общего множителя.

Идея метода. Если в одном из уравнений есть общий множитель, то это уравнение раскладывают на множители и, учитывая равенство выражения нулю, переходят к решению более простых систем.

Решить систему уравнений

Разложим на множители второе уравнение системы.

Решим первую систему (1) или (2)

Решим вторую систему

b) Разложение на множители через решение однородного уравнения .

Идея метода. Если одно из уравнений представляет собой однородное уравнение ( , то решив его относительно одной из переменных, раскладываем на множители, например: a(x-x 1 )(x-x 2 ) и, учитывая равенство выражения нулю, переходим к решению более простых систем.

Решить систему уравнений

Решим уравнение относительно х.

D = (-5у) 2 – 4 ∙1 ∙ 25у 2 – 16у 2 = 9у 2 .

х 1,2 = = . х 1 = 4у, х 2 = у.

Система принимает вид: Откуда:

Решим первую систему

D = (-2) 2 – 4 ∙3 ∙ 4 + 96 = 100.

у 1,2 = = . у 1 = 2, у 2 = — .

Решим вторую систему

D = (-1) 2 – 4 ∙24 ∙ 1 + 384 = 385.

у 1,2 = у 1 = , у 2 = .

c) Использование однородности.

Идея метода. Если в системе есть выражение, представляющее собой произведение переменных величин, то применяя метод алгебраического сложения, получают однородное уравнение, а затем используют метод разложение на множители через решение однородного уравнения.

Решить систему уравнений

Умножим первое уравнение на (-3), второе — на 5 и сложим.

Решим уравнение относительно х.

D = (3у) 2 – 4 ∙(-4) ∙ 9у 2 +112у 2 = 121у 2 .

х 1,2 = = . х 1 = у, х 2 = — у.

Система принимает вид: Откуда 1) или 2)

Решим первую систему

Решим вторую систему

4) Метод алгебраического сложения.

Идея метода. В одном из уравнений избавляемся от одной из неизвестных, для этого уравниваем модули коэффициентов при одной из переменных, затем производим или почленное сложение уравнений, или вычитание.

Решить систему уравнений

Уравняем модули коэффициентов при переменной величине у, для этого первое уравнение умножим на 3, а второе на 2.

Прибавив к первому уравнению второе, получаем

Решим первое уравнение системы ,

Так как 15 + 14 — 29 = 0, то х 1 = 1, х 2 = — .

5) Метод умножения уравнений.

Идея метода. Если нет таких пар (х;у), при которых обе части одного из уравнений обращаются в ноль одновременно, то это уравнение можно заменить произведением обоих уравнений системы.

Решить систему уравнений

Решим второе уравнение системы.

; Возведя обе части уравнения в квадрат, имеем:

(у – 3)( + 2) 2 = у 2 ; (у – 3)(у + 4 + 4) = у 2 ;

у 2 + 4у + 4у – 3у — 12 -12 = у 2 ; 4у + 4у – 3у — 12 — 12 = 0.

Пусть = t, тогда 4t 3 + t 2 -12t -12 = 0.

Применяя следствие из теоремы о корнях многочлена, имеем t 1 = 2.

Р(2) = 4∙2 3 + 2 2 — 12∙2 – 12 = 32 + 4 — 24 — 12 = 0.

Понизим степень многочлена, используя метод неопределенных коэффициентов.

4t 3 + t 2 -12t -12 = (t – 2) (at 2 + bt + c).

4t 3 +t 2 -12t -12 = at 3 + bt 2 + ct — 2at 2 -2bt — 2c.

4t 3 + t 2 — 12t -12 = at 3 + (b – 2a) t 2 + (c -2b) t — 2c.

Получаем уравнение 4t 2 + 9t + 6 = 0, которое не имеет корней, так как D = 9 2 — 4∙4∙6 = -15

Возвращаясь к переменной у, имеем = 2, откуда у = 4.

6) Метод деления уравнений.

Идея метода. Если нет таких пар (х; у), при которых обе части одного из уравнений обращаются в ноль одновременно, то это уравнение можно заменить уравнением, которое получается при делении одного уравнения системы на другое.

Решить систему уравнений

Разделим первое уравнение на второе

7) Метод введения новых переменных.

Идея метода. Некоторые выражения от исходных переменных принимаются за новые переменные, что приводит к более простой, чем первоначальная, системе от этих переменных. После того как новые переменные будут найдены, нужно найти значения исходных переменных.

Решить систему уравнений

Введем новые переменные: х + у = u, = v.

Возвращаясь к старым переменным, имеем:

Решаем первую систему.

Находим решение второй системы.

8) Применение теоремы Виета .

Идея метода. Если система составлена так, одно из уравнений представлено в виде суммы, а второе — в виде произведения некоторых чисел, которые являются корнями некоторого квадратного уравнения, то применяя теорему Виета составляем квадратное уравнение и решаем его.

Решить систему уравнений

х, у корни уравнения: а 2 — 5а + 4 = 0. Откуда а 1 = 1, а 2 = 4.

Следовательно(1) или (2)

9) Симметричные системы.

Идея метода. (Многочлен от двух переменных х и у называется симметричным, если он не изменяется при замене х на у и у на х.). Свойство симметричных систем: если пара чисел (х 0 ;у 0 ) является решением системы, то и пара (у 0 ;х 0 ) также является ее решением.

Для решения симметричных систем применяется подстановка: х + у = а; ху = в.

При решении симметричных систем используются следующие преобразования:

х 2 + у 2 = (х + у) 2 – 2ху = а 2 – 2в; х 3 + у 3 = (х + у)(х 2 – ху + у 2 ) = а(а 2 -3в);

х 2 у + ху 2 = ху (х + у) = ав; (х +1)∙(у +1) = ху +х +у+1 =а + в +1;

Решить систему уравнений

Сделаем замену: х + у = а; ху = в; х 2 + у 2 = (х + у) 2 – 2ху = а 2 – 2в.

Решим уравнение . а 1 = 2, а 2 = 3.

Возвращаясь к исходным переменным, рассмотрим два случая.

10) «Граничные задачи».

Идея метода. Решение системы получаются путем логических рассуждений, связанных со структурой области определения или множества значений функций, исследование знака дискриминанта квадратного уравнения.

Решить систему уравнений

Особенность этой системы в том, что число переменных в ней больше числа уравнений. Для нелинейных систем такая особенность часто является признаком «граничной задачи».

Исходя из вида уравнений, попытаемся найти множество значений функции , которая встречается и в первом, и во втором уравнении системы. Так как х 2 + 4 ≥ 4, то из первого уравнения следует, что ≥ 4, а значит, ≥ 16. С другой стороны, исходя из области определения функции , получаем, что 16 – ≥ 0, откуда ≤ 16.Таким Образом,16 ≤ ≤ 16, т. е. = 16. Подставим полученное значение в систему:

11) Графический метод.

Идея метода . Строят графики функций в одной системе координат и находят координаты точек их пересечения.

Решить систему уравнений

1) Переписав первое уравнение систем в виде у = х 2 , приходим к выводу: графиком уравнения является парабола.

2) Переписав второе уравнение систем в виде у = , приходим к выводу: графиком уравнения является гипербола.

3) Парабола и гипербола пересекаются в точке А. Точка пересечения только одна, поскольку правая ветвь параболы служит графиком возрастающей функции, а правая ветвь гиперболы — убывающей. Судя по построенной геометрической модели точка А имеет координаты (1;2). Проверка показывает, что пара (1;2) является решением обоих уравнений системы.

Решите системы уравнений.

1.Алгебра. ЕГЭ: шаг за шагом / А.А.Черняк, Ж.А.Черняк.- Волгоград: Учитель,2012.

2.Методы решения задач по математике: Пособие для поступающих в НПИ. Ч1 / Ред. журн. « Изв. вузов. Электромеханика». Новочеркасск,1993.

3.Алгебра, 9 класс, В 2 ч. Ч.1. Учебник для учащихся общеобразовательных учреждений/ А.Г. Мордкович, П.В. Семенов. – 12-е изд., стер. – М. : Мнемозина, 2010.

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Методы решения систем уравнений

Урок по алгебре в 9 классе по теме: «Методы решения систем уравнений» учителя математики Шевченко ТИИспользованные программы:1C Математический конструктор 3.0Диск Алгебра. Электронное сопр.

Урок алгебры в 9классе по теме «методы решения систем уравнений»

Подготовка к ГИА по теме «Решение систем уравнений».

Методическая разработка урока алгебры в 7 классе «Различные способы решения систем линейных уравнений» способы решения систем уравнений

Урок алгебры в 7 классе направлен на обобщение и систематизацию различных способов решения систем уравнений: метода сравнения, сложения, подстановки, графического метода, метода Крамера, выбора рацион.

Материалы к практическому занятию по математике для студентов специальности Экономика и бухгалтерский учет по теме «Графический метод решения систем линейных уравнений»

Данная разработка содержит конспект и презентацию к практическому занятию «Графический метод решения экономических задач» , завершающему изучение темы «Графический метод решения систем линейных уравне.

Методы решения систем логических уравнений

Методы решения систем логических уравнений при подготовке к ЕГЭ (задание В15).

Презентация Методы решения систем линейных уравнений (метод подстановки)

Системы уравнений с двумя переменными. Графический метод решения систем двух линейных уравнений с двумя переменными

Урок объяснения нового материала по учебнику «Алгебра, 7 класс» А.Г. Мерзляк, параграф 26. Презентация составлена для объяснения новой темы в Zoom при дистанционном обучении.

Источник