📘 CodingMarble Learn

Системы уравнений и равносильные системы

Система — это несколько уравнений, которые должны быть верными одновременно. Две системы равносильны, если у них в точности одни и те же решения. Перестановка уравнений, умножение уравнения на число, не равное нулю, и прибавление к одному уравнению другого, умноженного на число, сохраняют равносильность. Поэтому систему можно упрощать и не потерять ответ.

🎬 История по шагам

  1. Посмотри на одно уравнение: x + y = 5. Каждая точка этой красной прямой делает его верным. Ответов бесконечно много.
  2. Добавим второе уравнение: x − y = 1, синяя прямая. Система значит, что оба уравнения верны сразу.
  3. Только одна точка лежит на обеих прямых: (3, 2). Эта точка и есть решение системы.
  4. Умножим первое уравнение на 2. Получится 2x + 2y = 10. Прямая не сдвинулась, значит, ответ тот же.
  5. Теперь сложим два уравнения. Получим 2x = 6, это прямая x = 3. Она по-прежнему проходит через (3, 2), поэтому новая система равносильна прежней и намного проще.
  6. Теперь твоя очередь. Двигай ползунок k: уравнение 2 станет (уравнение 2) + k × (уравнение 1). Смотри, как прямая поворачивается, но всегда остаётся на этой точке. Потом попробуй кнопку «умножить на 0».

Совет: тяни 3D-сцену, чтобы повернуть её. Двумя пальцами можно приблизить.

🤔 Частые сомнения — разобраны

Может ли у одного уравнения быть ровно одно решение?

Нет. У одного уравнения с двумя неизвестными бесконечно много решений, целая прямая точек. Второе уравнение выбирает одну точку.

А если прямые никогда не пересекаются?

Тогда у системы нет решения. Прямые параллельны.

Почему точка пересечения — это решение?

Это единственная точка, которая лежит на обеих прямых, поэтому она делает оба уравнения верными.

Меняет ли умножение ответ?

Нет, если умножать всё уравнение на число, не равное 0. Прямая остаётся той же самой.

Зачем вообще складывать уравнения?

Одно неизвестное сокращается, и получается уравнение с одним неизвестным, которое легко решить.

Чем плох ход «умножить на 0»?

Он превращает уравнение в 0 = 0, а это верно для любой точки. Ты теряешь прямую, и у системы становится бесконечно много решений.

Что такое система уравнений?

Система — это набор уравнений с одними и теми же неизвестными. Решение должно делать каждое уравнение верным одновременно. Для двух прямых решение — это точка, где они пересекаются. Две прямые могут пересечься в одной точке (одно решение), никогда не встретиться, потому что они параллельны (решений нет), или совпасть (решений бесконечно много).

Пример: x + y = 5 и x − y = 1. Проверим (3, 2): 3 + 2 = 5 и 3 − 2 = 1. Оба равенства верны, значит, (3, 2) — решение.

Что значит «равносильные»?

Две системы равносильны, если у них в точности один и тот же набор решений. Ни одного лишнего и ни одного потерянного. Выглядеть они могут совсем по-разному. Например, {x + y = 5, x − y = 1} и {x = 3, y = 2} равносильны, потому что у обеих единственное решение (3, 2).

Мы превращаем трудную систему в равносильную лёгкую, и найденный ответ подходит и для трудной.

Безопасные ходы (равносильные преобразования)

Небезопасные ходы: умножить на 0 (уравнение превращается в 0 = 0 и ничего не говорит) или изменить только одну часть уравнения. Возведение обеих частей в квадрат тоже может добавить ложные ответы, поэтому в конце нужна проверка.

Решение методом сложения

Метод сложения — это цепочка безопасных ходов, которая убирает одно неизвестное.

  1. Запиши систему. Пример: 2x + 3y = 12 и 4x − y = 10.
  2. Умножь второе уравнение на 3: 12x − 3y = 30.
  3. Сложи его с первым: 14x = 42, значит, x = 3.
  4. Подставь x = 3 в 4x − y = 10: 12 − y = 10, значит, y = 2.
  5. Проверь в обоих исходных уравнениях.

Каждая новая система равносильна предыдущей, поэтому (3, 2) — ответ и для первой системы.

Попробуй сам

Сначала предскажи, потом проверь: в свободной игре 3D двигай ползунок k. Прежде чем двигать, скажи, что, по-твоему, случится с точкой пересечения. Потом найди такое k, при котором синяя прямая станет вертикальной. Затем нажми кнопку «умножить на 0» и посмотри, почему этот ход небезопасен.

Главные формулы и определения

Разобранные примеры

1. Реши систему x + y = 7 и x − y = 1.

Сложим уравнения: 2x = 8, значит, x = 4. Тогда y = 7 − 4 = 3. Проверка: 4 + 3 = 7 и 4 − 3 = 1. Решение (4, 3).

2. Реши систему 3x + y = 10 и x + y = 4.

Вычтем второе уравнение из первого: 2x = 6, значит, x = 3. Тогда y = 4 − 3 = 1. Проверка: 9 + 1 = 10 и 3 + 1 = 4. Решение (3, 1).

3. Покажи, что {x + y = 5, x − y = 1} равносильна {x = 3, x + y = 5}.

Сложим два исходных уравнения: 2x = 6, значит, x = 3. Уравнение x + y = 5 оставим. Новая система получена безопасными ходами, и её решение x = 3, y = 2. У обеих систем единственное решение (3, 2).

4. Реши систему 2x + 3y = 12 и 4x − y = 10.

Умножим второе уравнение на 3: 12x − 3y = 30. Сложим с первым: 14x = 42, значит, x = 3. Тогда 4(3) − y = 10 даёт y = 2. Решение (3, 2).

5. В системе x + y = 5, x − y = 1 замени уравнение 2 на (уравнение 2) + 2 × (уравнение 1). Запиши новое уравнение и проверь старое решение.

Новое уравнение: (x − y) + 2(x + y) = 1 + 10, то есть 3x + y = 11. Проверим (3, 2): 9 + 2 = 11. Верно, значит, решение сохранилось.

Частые ошибки

Тренировочный тест

1. Две системы равносильны, когда у них:
2. Какой ход НЕ безопасен?
3. Сложим x + y = 5 и x − y = 1. Получим:
4. Две параллельные прямые как система имеют:
5. Решение системы {x + y = 7, x − y = 1}:

Практика: отвечай сам

Введи или выбери ответ и нажми «Проверить». Если застрял, возьми подсказку; полное решение появится после ответа.

Частые вопросы

Что такое равносильная система простыми словами?

Это новая система с точно такими же ответами, как у старой, только записанная проще.

Всегда ли метод сложения даёт равносильную систему?

Да, если ты только меняешь уравнения местами, умножаешь на число, не равное нулю, или прибавляешь к одному уравнению другое, умноженное на число.

Зачем проверять ответ в конце?

Проверка ловит ошибки в вычислениях, а если ты делал рискованные шаги, например возводил в квадрат, она убирает лишние ложные ответы.

Сначала изучи

Дальше изучай

Похожие уроки

Все уроки: Maths