5.4 Rozwiązywanie układów równań pierwszego stopnia z dwiema niewiadomymi metodą przeciwnych współczynników
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (3 pkt)
Rozwiąż dany układ równań metodą przeciwnych współczynników:
a) $\begin{cases} 4x - 6y = 5 \\ x = 1.5y + 2 \end{cases}$
b) $\begin{cases} 0.3x - 0.4y = 1 \\ 0.5x + 0.4y = 7 \end{cases}$
c) $\begin{cases} \frac{3}{5}x - 6y = 12 \\ x - 10y = 20 \end{cases}$
a) Układ sprzeczny (brak rozwiązań).
b) $\begin{cases} x = 10 \\ y = 5 \end{cases}$
c) Układ nieoznaczony (nieskończenie wiele rozwiązań).
WSKAZÓWKI:
1) Metoda przeciwnych współczynników polega na doprowadzeniu do sytuacji, w której przy tej samej niewiadomej ($x$ lub $y$) w obu równaniach stoją liczby przeciwne (np. $2$ i $-2$). Gdy dodasz takie równania stronami, ta niewiadoma się wyzeruje.
2) W przykładzie a) najpierw uporządkuj drugie równanie, tak aby niewiadome były po lewej stronie. Przenieś $1.5y$ na lewo, zmieniając znak. Zastanów się, przez jaką liczbę pomnożyć drugie równanie, aby przy $x$ otrzymać liczbę przeciwną do $4$.
3) W przykładzie b) przyjrzyj się współczynnikom przy niewiadomej $y$. Są to $-0.4$ oraz $0.4$. Ponieważ są to już liczby przeciwne, możesz od razu przejść do dodawania równań stronami.
4) W przykładzie c) w pierwszym równaniu występuje ułamek $\frac{3}{5}$. Najlepiej zacząć od pomnożenia całego równania przez mianownik, czyli przez $5$, aby pracować na liczbach całkowitych. Następnie dobierz mnożnik tak, aby wyeliminować $x$ lub $y$.
ROZWIĄZANIE:
a) $\begin{cases} 4x - 6y = 5 \\ x = 1.5y + 2 \end{cases}$
Najpierw musimy doprowadzić układ do postaci standardowej, gdzie niewiadome są po lewej stronie. W drugim równaniu przenosimy $1.5y$ na lewą stronę, zmieniając znak na przeciwny:$$\begin{cases} 4x - 6y = 5 \\ x - 1.5y = 2 \end{cases}$$Chcemy uzyskać przeciwne współczynniki przy $x$. W pierwszym równaniu przy $x$ stoi liczba $4$, więc w drugim równaniu chcemy uzyskać $-4$. W tym celu mnożymy całe drugie równanie przez liczbę $-4$:$$\begin{cases} 4x - 6y = 5 \\ (x - 1.5y) \cdot \left(-4\right) = 2 \cdot \left(-4\right) \end{cases}$$Wykonujemy mnożenie w drugim równaniu:$$\begin{cases} 4x - 6y = 5 \\ -4x + 6y = -8 \end{cases}$$Teraz dodajemy równania stronami. Oznacza to, że dodajemy lewą stronę pierwszego równania do lewej strony drugiego równania, a prawą do prawej:$$\left(4x - 4x\right) + \left(-6y + 6y\right) = 5 + \left(-8\right)$$Obliczamy sumy:$$0 = -3$$Otrzymaliśmy równanie sprzeczne, ponieważ $0$ nigdy nie równa się $-3$. Oznacza to, że układ równań nie posiada rozwiązania. Geometrycznie są to dwie proste równoległe, które nigdy się nie przecinają.
Układ jest sprzeczny.
b) $\begin{cases} 0.3x - 0.4y = 1 \\ 0.5x + 0.4y = 7 \end{cases}$
Zauważamy, że przy zmiennej $y$ mamy już współczynniki przeciwne: $-0.4$ w pierwszym równaniu oraz $0.4$ w drugim równaniu. Możemy zatem od razu dodać te równania stronami:$$\left(0.3x + 0.5x\right) + \left(-0.4y + 0.4y\right) = 1 + 7$$Sumujemy wyrazy podobne:$$0.8x = 8$$Aby wyznaczyć $x$, dzielimy obie strony równania przez liczbę stojącą przy $x$, czyli przez $0.8$:$$x = \frac{8}{0.8}$$Ponieważ $\frac{8}{0.8}$ to to samo co $\frac{80}{8}$, otrzymujemy:$$x = 10$$Teraz musimy wyznaczyć wartość $y$. Podstawiamy wyliczone $x = 10$ do drugiego równania:$$0.5 \cdot 10 + 0.4y = 7$$Wykonujemy mnożenie $0.5 \cdot 10$, co daje nam $5$:$$5 + 0.4y = 7$$Przenosimy liczbę $5$ na prawą stronę równania, zmieniając jej znak na przeciwny:$$0.4y = 7 - 5$$$$0.4y = 2$$Dzielimy obie strony przez $0.4$, aby otrzymać $y$:$$y = \frac{2}{0.4}$$Ponieważ $\frac{2}{0.4}$ to to samo co $\frac{20}{4}$, otrzymujemy:$$y = 5$$Rozwiązaniem układu jest para liczb:$$\begin{cases} x = 10 \\ y = 5 \end{cases}$$c) $\begin{cases} \frac{3}{5}x - 6y = 12 \\ x - 10y = 20 \end{cases}$
W pierwszym równaniu mamy ułamek. Aby ułatwić sobie pracę, mnożymy całe pierwsze równanie przez mianownik, czyli przez liczbę $5$:$$\begin{cases} 5 \cdot \left(\frac{3}{5}x - 6y\right) = 5 \cdot 12 \\ x - 10y = 20 \end{cases}$$Wykonujemy mnożenie w pierwszym równaniu (pamiętamy o każdym składniku):$$\begin{cases} 3x - 30y = 60 \\ x - 10y = 20 \end{cases}$$Teraz chcemy uzyskać przeciwne współczynniki. Możemy pomnożyć drugie równanie przez $-3$, aby przy $x$ otrzymać liczbę $-3$ (przeciwną do $3$ z pierwszego równania):$$\begin{cases} 3x - 30y = 60 \\ \left(x - 10y\right) \cdot \left(-3\right) = 20 \cdot \left(-3\right) \end{cases}$$Wykonujemy mnożenie w drugim równaniu:$$\begin{cases} 3x - 30y = 60 \\ -3x + 30y = -60 \end{cases}$$Dodajemy równania stronami:$$\left(3x - 3x\right) + \left(-30y + 30y\right) = 60 + \left(-60\right)$$Obliczamy sumy po obu stronach:$$0 = 0$$Otrzymaliśmy tożsamość, czyli zdanie zawsze prawdziwe. Oznacza to, że każde dwie liczby spełniające jedno równanie, spełniają też drugie. Geometrycznie proste te pokrywają się.
Układ jest nieoznaczony (ma nieskończenie wiele rozwiązań).
Zadanie 2 (3 pkt)
Rozwiąż dany układ równań metodą przeciwnych współczynników.
a) $\begin{cases} \frac{x}{2} + \frac{y}{3} = 2 \\ \frac{x}{4} - \frac{y}{3} = -\frac{1}{2} \end{cases}$
b) $\begin{cases} 0.4x + \frac{y}{5} = 4 \\ 0.6x - \frac{y}{5} = 1 \end{cases}$
c) $\begin{cases} 0.2x + 0.3y = 1 \\ \frac{x}{5} + \frac{3y}{10} = 2 \end{cases}$
a) $\begin{cases} x = 2 \\ y = 3 \end{cases}$
b) $\begin{cases} x = 5 \\ y = 10 \end{cases}$
c) Układ sprzeczny (brak rozwiązań).
WSKAZÓWKI:
1) Metoda przeciwnych współczynników polega na takim przekształceniu równań, aby przy jednej z niewiadomych ($x$ lub $y$) stały liczby o tej samej wartości, ale o przeciwnych znakach (np. $3$ i $-3$).
2) Gdy już uzyskasz przeciwne współczynniki, dodaj równania do siebie stronami. Oznacza to połączenie lewej strony pierwszego równania z lewą stroną drugiego oraz prawej strony pierwszego z prawą stroną drugiego. Jedna z niewiadomych zostanie wyeliminowana (wynik dodawania wyniesie $0$), co pozwoli obliczyć wartość drugiej niewiadomej.
3) W przykładach a) oraz b) przyjrzyj się ułamkom przy zmiennej $y$. Są one już niemal gotowe do redukcji. Sprawdź, czy ich wartości bezwzględne są takie same.
4) W przykładzie c) spróbuj najpierw pozbyć się ułamków dziesiętnych i zwykłych poprzez pomnożenie obu równań przez odpowiednie liczby (np. przez $10$). Ułatwi Ci to zauważenie relacji między współczynnikami.
ROZWIĄZANIE:
a)
Mamy dany układ równań:$$\begin{cases} \frac{x}{2} + \frac{y}{3} = 2 \\ \frac{x}{4} - \frac{y}{3} = -\frac{1}{2} \end{cases}$$1) Analiza współczynników.
Przy zmiennej $y$ w pierwszym równaniu mamy współczynnik $+\frac{1}{3}$, a w drugim równaniu $-\frac{1}{3}$. Są to liczby przeciwne, więc możemy od razu dodać równania stronami bez dodatkowego mnożenia.
2) Dodawanie równań stronami.
Sumujemy lewe strony: $\left( \frac{x}{2} + \frac{y}{3} \right) + \left( \frac{x}{4} - \frac{y}{3} \right)$ oraz prawe strony: $2 + \left( -\frac{1}{2} \right)$.$$\left( \frac{x}{2} + \frac{y}{3} \right) + \left( \frac{x}{4} - \frac{y}{3} \right) = 2 - \frac{1}{2}$$Zmienna $y$ redukuje się do zera, ponieważ $\frac{y}{3} - \frac{y}{3} = 0$. Zostaje równanie z jedną niewiadomą $x$:$$\frac{x}{2} + \frac{x}{4} = \frac{3}{2}$$Po prawej stronie liczba $\frac{3}{2}$ wzięła się z odejmowania: $2 - \frac{1}{2} = \frac{4}{2} - \frac{1}{2} = \frac{3}{2}$.
3) Obliczanie niewiadomej $x$.
Aby dodać ułamki po lewej stronie, sprowadzamy je do wspólnego mianownika, którym jest $4$. Rozszerzamy ułamek $\frac{x}{2}$ mnożąc licznik i mianownik przez $2$, co daje $\frac{2x}{4}$:$$\frac{2x}{4} + \frac{x}{4} = \frac{3}{2}$$$$\frac{3x}{4} = \frac{3}{2}$$Mnożymy obie strony równania przez $4$, aby pozbyć się mianownika po lewej stronie:$$3x = \frac{3}{2} \cdot 4$$$$3x = \frac{12}{2}$$$$3x = 6$$Teraz dzielimy obie strony przez $3$, aby wyznaczyć $x$:$$x = \frac{6}{3}$$$$x = 2$$4) Obliczanie niewiadomej $y$.
Podstawiamy wyliczone $x = 2$ do pierwszego równania z pierwotnego układu:$$\frac{2}{2} + \frac{y}{3} = 2$$Liczba $1$ bierze się z dzielenia $2$ przez $2$:$$1 + \frac{y}{3} = 2$$Przenosimy liczbę $1$ na prawą stronę równania, pamiętając o zmianie znaku na przeciwny:$$\frac{y}{3} = 2 - 1$$$$\frac{y}{3} = 1$$Mnożymy obie strony równania przez $3$:$$y = 3$$Rozwiązaniem jest para liczb:$$\begin{cases} x = 2 \\ y = 3 \end{cases}$$b)
Mamy dany układ równań:$$\begin{cases} 0.4x + \frac{y}{5} = 4 \\ 0.6x - \frac{y}{5} = 1 \end{cases}$$1) Analiza współczynników.
Przy zmiennej $y$ mamy współczynniki $+\frac{1}{5}$ oraz $-\frac{1}{5}$. Są to liczby przeciwne, więc dodajemy równania stronami.
2) Dodawanie równań stronami.
Dodajemy lewe strony: $(0.4x + \frac{y}{5}) + (0.6x - \frac{y}{5})$ oraz prawe strony: $4 + 1$.$$(0.4x + 0.6x) + \left( \frac{y}{5} - \frac{y}{5} \right) = 4 + 1$$Zmienna $y$ znika, ponieważ $\frac{y}{5} - \frac{y}{5} = 0$.$$1.0x = 5$$Liczba $1.0$ (czyli po prostu $1$) wzięła się z dodania $0.4$ oraz $0.6$. Zatem:$$x = 5$$3) Obliczanie niewiadomej $y$.
Podstawiamy $x = 5$ do pierwszego równania:$$0.4 \cdot 5 + \frac{y}{5} = 4$$Obliczamy $0.4 \cdot 5$. Ponieważ $4 \cdot 5 = 20$, to $0.4 \cdot 5 = 2.0$, czyli $2$:$$2 + \frac{y}{5} = 4$$Przenosimy liczbę $2$ na prawą stronę ze zmianą znaku na minus:$$\frac{y}{5} = 4 - 2$$$$\frac{y}{5} = 2$$Mnożymy obie strony przez $5$:$$y = 10$$Rozwiązaniem jest para liczb:$$\begin{cases} x = 5 \\ y = 10 \end{cases}$$c)
Mamy dany układ równań:$$\begin{cases} 0.2x + 0.3y = 1 \\ \frac{x}{5} + \frac{3y}{10} = 2 \end{cases}$$1) Przekształcenie równań w celu porównania współczynników.
Zapiszmy pierwsze równanie używając ułamków zwykłych. Liczba $0.2$ to $\frac{2}{10}$, co po skróceniu daje $\frac{1}{5}$. Liczba $0.3$ to $\frac{3}{10}$.$$\begin{cases} \frac{1}{5}x + \frac{3}{10}y = 1 \\ \frac{1}{5}x + \frac{3}{10}y = 2 \end{cases}$$2) Przygotowanie do metody przeciwnych współczynników.
Aby otrzymać przeciwne współczynniki, pomnóżmy pierwsze równanie przez $-1$:$$\begin{cases} -\frac{1}{5}x - \frac{3}{10}y = -1 \\ \frac{1}{5}x + \frac{3}{10}y = 2 \end{cases}$$3) Dodawanie równań stronami.
Sumujemy lewe strony: $\left( -\frac{1}{5}x + \frac{1}{5}x \right) + \left( -\frac{3}{10}y + \frac{3}{10}y \right)$ oraz prawe strony: $-1 + 2$.$$0 + 0 = -1 + 2$$$$0 = 1$$4) Interpretacja wyniku.
Otrzymaliśmy równanie $0 = 1$, które jest fałszywe (sprzeczność). Oznacza to, że nie istnieją takie liczby $x$ i $y$, które spełniałyby oba równania jednocześnie. Układ ten nazywamy układem sprzecznym.
Układ nie posiada rozwiązań.
Zadanie 3 (2 pkt)
Rozwiąż dany układ równań metodą przeciwnych współczynników:
a)
$\begin{cases} x-y+1 = \frac{x-3y}{2} + 2 \\ 1\frac{1}{4}y - \frac{1}{4}x = \frac{y}{2} \end{cases}$
b)
$\begin{cases} \frac{2x+y}{3} - 1 = 1 \\ \frac{x-y}{2} + 3 = 1\frac{1}{2} \end{cases}$
a) $x = 1.5, y = 0.5$
b) $x = 1, y = 4$
WSKAZÓWKI:
1) Zanim zaczniesz wyznaczać przeciwne współczynniki, doprowadź każde równanie do najprostszej postaci: $ax + by = c$. Pozbądź się ułamków, mnożąc całe równanie przez wspólny mianownik wszystkich występujących w nim ułamków.
2) W przykładzie a) w pierwszym równaniu pomnóż obie strony przez $2$, aby zlikwidować ułamek po prawej stronie. W drugim równaniu zamień liczbę mieszaną $1\frac{1}{4}$ na ułamek niewłaściwy $\frac{5}{4}$, a następnie pomnóż całe równanie przez $4$, aby pozbyć się wszystkich mianowników.
3) W przykładzie b) w pierwszym równaniu najpierw przenieś liczbę $-1$ na prawą stronę (zmieniając znak na $+1$), a dopiero potem pomnóż przez $3$. W drugim równaniu zamień $1\frac{1}{2}$ na $\frac{3}{2}$ i przenieś liczbę $3$ na prawą stronę, zmieniając znak na minus.
4) Po uproszczeniu równań sprawdź, czy przy $x$ lub $y$ masz już przeciwne liczby. Jeśli nie, pomnóż jedno z równań przez taką liczbę, aby uzyskać np. $3y$ w jednym i $-3y$ w drugim. Wtedy po dodaniu równań stronami jedna niewiadoma zniknie.
ROZWIĄZANIE:
a) $\begin{cases} x-y+1 = \frac{x-3y}{2} + 2 \\ 1\frac{1}{4}y - \frac{1}{4}x = \frac{y}{2} \end{cases}$
Krok 1: Upraszczanie pierwszego równania.
Pomnożymy obie strony pierwszego równania przez $2$, aby usunąć ułamek:$$2 \cdot \left(x - y + 1\right) = 2 \cdot \left(\frac{x - 3y}{2} + 2\right)$$Wykonujemy mnożenie przez każdy wyraz w nawiasie:$$2x - 2y + 2 = x - 3y + 4$$Teraz przenosimy wszystkie niewiadome $x$ i $y$ na lewą stronę, a liczby na prawą stronę, zmieniając ich znaki na przeciwne:$$2x - x - 2y + 3y = 4 - 2$$Redukujemy wyrazy podobne:$$x + y = 2$$Krok 2: Upraszczanie drugiego równania.
Najpierw zamieniamy liczbę mieszaną $1\frac{1}{4}$ na ułamek niewłaściwy: $1\frac{1}{4} = \frac{1 \cdot 4 + 1}{4} = \frac{5}{4}$:$$\frac{5}{4}y - \frac{1}{4}x = \frac{y}{2}$$Teraz pomnożymy obie strony przez $4$ (wspólny mianownik dla $4$ i $2$):$$4 \cdot \left(\frac{5}{4}y - \frac{1}{4}x\right) = 4 \cdot \frac{y}{2}$$$$5y - x = 2y$$Przenosimy $2y$ na lewą stronę, zmieniając znak na przeciwny:$$-x + 5y - 2y = 0$$$$-x + 3y = 0$$Krok 3: Rozwiązanie układu metodą przeciwnych współczynników.
Zapisujemy uproszczony układ:$$\begin{cases} x + y = 2 \\ -x + 3y = 0 \end{cases}$$Zauważamy, że przy niewiadomej $x$ mamy już przeciwne współczynniki ($1$ oraz $-1$). Możemy dodać równania stronami:$$\left(x - x\right) + \left(y + 3y\right) = 2 + 0$$$$4y = 2$$Dzielimy obie strony przez $4$:$$y = \frac{2}{4}$$$$y = \frac{1}{2}$$Krok 4: Wyznaczenie wartości $x$.
Podstawiamy wyliczone $y = \frac{1}{2}$ do równania $x + y = 2$:$$x + \frac{1}{2} = 2$$Przenosimy $\frac{1}{2}$ na prawą stronę ze zmianą znaku:$$x = 2 - \frac{1}{2}$$Zamieniamy $2$ na ułamek $\frac{4}{2}$:$$x = \frac{4}{2} - \frac{1}{2}$$$$x = \frac{3}{2}$$Możemy to zapisać jako $1\frac{1}{2}$ lub $1.5$.
Rozwiązanie to:$$\begin{cases} x = 1\frac{1}{2} \\ y = \frac{1}{2} \end{cases}$$b) $\begin{cases} \frac{2x+y}{3} - 1 = 1 \\ \frac{x-y}{2} + 3 = 1\frac{1}{2} \end{cases}$
Krok 1: Upraszczanie pierwszego równania.
Przenosimy liczbę $-1$ na prawą stronę, zmieniając znak na $+1$:$$\frac{2x + y}{3} = 1 + 1$$$$\frac{2x + y}{3} = 2$$Mnożymy obie strony przez $3$:$$2x + y = 6$$Krok 2: Upraszczanie drugiego równania.
Zamieniamy $1\frac{1}{2}$ na ułamek niewłaściwy $\frac{3}{2}$ i przenosimy liczbę $3$ na prawą stronę ze zmianą znaku na $-3$:$$\frac{x - y}{2} = \frac{3}{2} - 3$$Sprowadzamy do wspólnego mianownika po prawej stronie, zamieniając $3$ na $\frac{6}{2}$:$$\frac{x - y}{2} = \frac{3}{2} - \frac{6}{2}$$$$\frac{x - y}{2} = -\frac{3}{2}$$Mnożymy obie strony przez $2$:$$x - y = -3$$Krok 3: Rozwiązanie układu metodą przeciwnych współczynników.
Zapisujemy uproszczony układ:$$\begin{cases} 2x + y = 6 \\ x - y = -3 \end{cases}$$Zauważamy, że przy niewiadomej $y$ mamy przeciwne współczynniki ($1$ oraz $-1$). Dodajemy równania stronami:$$\left(2x + x\right) + \left(y - y\right) = 6 + \left(-3\right)$$$$3x = 3$$Dzielimy obie strony przez $3$:$$x = 1$$Krok 4: Wyznaczenie wartości $y$.
Podstawiamy $x = 1$ do uproszczonego drugiego równania $x - y = -3$:$$1 - y = -3$$Przenosimy liczbę $1$ na prawą stronę ze zmianą znaku na $-1$:$$-y = -3 - 1$$$$-y = -4$$Mnożymy obie strony przez $-1$, aby otrzymać $y$:$$y = 4$$Rozwiązanie to:$$\begin{cases} x = 1 \\ y = 4 \end{cases}$$
Zadanie 4 (2 pkt)
Do wykresu funkcji liniowej $f(x) = ax + b$ należą punkty $M$ i $N$. Ułóż układ równań z niewiadomymi $a$ i $b$. Następnie oblicz $a$ i $b$ oraz napisz wzór funkcji $f$.
a) $M(10, 2)$, $N(-5, -7)$
b) $M(12, 5)$, $N(-4, 9)$
a) $f(x) = \frac{3}{5}x - 4$
b) $f(x) = -\frac{1}{4}x + 8$
WSKAZÓWKI:
1) Każdy punkt na płaszczyźnie ma współrzędne $(x, y)$. Jeśli punkt należy do wykresu funkcji $f(x) = ax + b$, oznacza to, że po podstawieniu pierwszej współrzędnej za $x$ oraz drugiej współrzędnej za $f(x)$, równanie musi być prawdziwe.
2) Aby wyznaczyć parametry $a$ oraz $b$, zbuduj układ dwóch równań. Pierwsze równanie powstanie z podstawienia współrzędnych punktu $M$, a drugie z podstawienia współrzędnych punktu $N$.
3) Najszybszym sposobem na rozwiązanie takiego układu jest metoda przeciwnych współczynników. Ponieważ w obu równaniach występuje pojedyncze $+b$, wystarczy pomnożyć jedno z równań przez $-1$. Wtedy po dodaniu równań stronami niewiadoma $b$ całkowicie się zredukuje, co pozwoli Ci łatwo obliczyć $a$.
ROZWIĄZANIE:
a) Wyznaczanie wzoru funkcji dla punktów $M(10, 2)$ oraz $N(-5, -7)$.
1) Budujemy układ równań.
Dla punktu $M(10, 2)$ mamy $x = 10$ oraz $f(x) = 2$.
Dla punktu $N(-5, -7)$ mamy $x = -5$ oraz $f(x) = -7$.
Podstawiamy te wartości do wzoru ogólnego $f(x) = ax + b$:$$\begin{cases} 2 = a \cdot 10 + b \\ -7 = a \cdot \left( -5 \right) + b \end{cases}$$Uporządkujmy zapis, stawiając liczby przed niewiadomą $a$:$$\begin{cases} 2 = 10a + b \\ -7 = -5a + b \end{cases}$$2) Przygotowanie do metody przeciwnych współczynników.
Pomnożymy drugie równanie przez $-1$, aby przy zmiennej $b$ uzyskać współczynnik $-1$. Pamiętamy o zmianie znaków każdego wyrazu w tym równaniu:$$\begin{cases} 2 = 10a + b \\ 7 = 5a - b \end{cases}$$3) Dodawanie równań stronami.
Sumujemy lewe strony ($2 + 7$) oraz prawe strony ($10a + 5a$ oraz $b - b$):$$2 + 7 = 10a + 5a + b - b$$Wyrazy $b$ oraz $-b$ dają w sumie $0$, więc zmienna $b$ została wyeliminowana:$$9 = 15a$$4) Obliczanie współczynnika kierunkowego $a$.
Dzielimy obie strony równania przez liczbę stojącą przy $a$, czyli przez $15$:$$a = \frac{9}{15}$$Zauważamy, że obie liczby dzielą się przez $3$, więc skracamy ułamek:$$a = \frac{3}{5}$$5) Obliczanie wyrazu wolnego $b$.
Podstawiamy wyznaczoną wartość $a = \frac{3}{5}$ do pierwszego równania układu:$$2 = 10 \cdot \frac{3}{5} + b$$Wykonujemy mnożenie $10 \cdot \frac{3}{5}$. Skracamy $10$ z mianownikiem $5$, co daje $2$. Otrzymujemy $2 \cdot 3$:$$2 = 6 + b$$Przenosimy liczbę $6$ na lewą stronę równania. Pamiętamy, że przy przenoszeniu zmieniamy znak na przeciwny (z plusa na minus):$$2 - 6 = b$$$$-4 = b$$6) Zapisanie wzoru funkcji.
Podstawiamy wyliczone $a = \frac{3}{5}$ oraz $b = -4$ do wzoru $f(x) = ax + b$:$$f(x) = \frac{3}{5}x - 4$$b) Wyznaczanie wzoru funkcji dla punktów $M(12, 5)$ oraz $N(-4, 9)$.
1) Układamy równania na podstawie współrzędnych punktów.
Dla $M(12, 5)$ podstawiamy $x = 12$ i $f(x) = 5$.
Dla $N(-4, 9)$ podstawiamy $x = -4$ i $f(x) = 9$.$$\begin{cases} 5 = 12a + b \\ 9 = -4a + b \end{cases}$$2) Stosujemy metodę przeciwnych współczynników.
Mnożymy drugie równanie przez $-1$, zmieniając znaki wszystkich jego elementów:$$\begin{cases} 5 = 12a + b \\ -9 = 4a - b \end{cases}$$3) Dodajemy równania stronami.
Liczba $5$ dodana do $-9$ daje $-4$. Po prawej stronie $12a + 4a$ to $16a$, a $b - b$ to $0$:$$5 + \left( -9 \right) = 12a + 4a + b - b$$$$-4 = 16a$$4) Obliczamy wartość $a$.
Dzielimy obie strony przez $16$:$$a = -\frac{4}{16}$$Skracamy ułamek przez $4$:$$a = -\frac{1}{4}$$5) Obliczamy wartość $b$.
Podstawiamy $a = -\frac{1}{4}$ do pierwszego równania:$$5 = 12 \cdot \left( -\frac{1}{4} \right) + b$$Mnożymy $12$ przez $-\frac{1}{4}$. Ponieważ $12$ podzielić na $4$ to $3$, wynik mnożenia to $-3$:$$5 = -3 + b$$Przenosimy liczbę $-3$ na lewą stronę, zmieniając jej znak na dodatni:$$5 + 3 = b$$$$8 = b$$6) Zapisujemy wzór końcowy.
Podstawiamy parametry $a = -\frac{1}{4}$ oraz $b = 8$ do wzoru funkcji:$$f(x) = -\frac{1}{4}x + 8$$
Zadanie 5 (3 pkt)
Wykresy funkcji liniowych $f(x) = (m + n)x + m - 2n$ oraz $g(x) = 4x + 2m - 5n + 1$ przecinają oś $OY$ w tym samym punkcie. Do wykresu funkcji $f$ należy punkt $A(1, 3)$. Oblicz wartości parametrów $m$ i $n$.
$m = 2, n = 1$.
WSKAZÓWKI:
1) Każdy punkt leżący na osi $OY$ ma pierwszą współrzędną równą $0$. Zatem, aby znaleźć punkt przecięcia wykresu funkcji z osią $OY$, należy obliczyć wartość funkcji dla argumentu $x = 0$. Wzór funkcji liniowej to $y = ax + b$, gdzie $b$ jest właśnie współrzędną $y$ punktu przecięcia z osią $OY$.
2) Jeśli dwie funkcje przecinają oś $OY$ w tym samym punkcie, oznacza to, że ich wartości dla $x = 0$ są sobie równe. Wyznacz $f(0)$ oraz $g(0)$ i przyrównaj je do siebie.
3) Fakt, że punkt $A(1, 3)$ należy do wykresu funkcji $f$, oznacza, że po podstawieniu $x = 1$ do wzoru funkcji $f(x)$, otrzymana wartość musi być równa $3$. Zapisz to jako równanie $f(1) = 3$.
4) Po wykonaniu powyższych kroków otrzymasz układ dwóch równań z dwiema niewiadomymi: $m$ oraz $n$. Rozwiąż go dowolną metodą (np. podstawiania lub przeciwnych współczynników).
ROZWIĄZANIE:
Krok 1: Wykorzystanie informacji o punkcie przecięcia z osią $OY$.
Punkt przecięcia wykresu funkcji liniowej z osią $OY$ ma współrzędne $(0, b)$, gdzie $b$ to wyraz wolny we wzorze funkcji.
Dla funkcji $f(x) = (m + n)x + m - 2n$ wyrazem wolnym jest całe wyrażenie stojące bez niewiadomej $x$:$$b_{f} = m - 2n$$Dla funkcji $g(x) = 4x + 2m - 5n + 1$ wyrazem wolnym jest:$$b_{g} = 2m - 5n + 1$$Skoro wykresy przecinają oś $OY$ w tym samym punkcie, to ich wyrazy wolne muszą być identyczne. Zapisujemy pierwsze równanie:$$m - 2n = 2m - 5n + 1$$Przenosimy wszystkie wyrazy z $m$ i $n$ na lewą stronę, a liczby zostawiamy po prawej. Pamiętamy o zmianie znaku przy przenoszeniu:$$m - 2m - 2n + 5n = 1$$Redukujemy wyrazy podobne:$$-m + 3n = 1$$Krok 2: Wykorzystanie informacji o punkcie $A(1, 3)$.
Punkt $A$ ma współrzędne $x = 1$ oraz $y = 3$. Skoro należy on do wykresu funkcji $f$, podstawiamy te liczby do jej wzoru:$$3 = (m + n) \cdot 1 + m - 2n$$Mnożenie przez $1$ nie zmienia wartości nawiasu, więc opuszczamy go:$$3 = m + n + m - 2n$$Grupujemy i redukujemy wyrazy podobne po prawej stronie:$$3 = 2m - n$$Dla wygody zapiszmy to jako:$$2m - n = 3$$Krok 3: Rozwiązanie układu równań.
Z zestawienia kroków 1 i 2 otrzymujemy układ równań:$$\begin{cases} -m + 3n = 1 \\ 2m - n = 3 \end{cases}$$Zastosujemy metodę przeciwnych współczynników. Aby wyeliminować $m$, pomnożymy pierwsze równanie przez $2$:$$\begin{cases} -2m + 6n = 2 \\ 2m - n = 3 \end{cases}$$Dodajemy równania stronami:$$\left(-2m + 2m\right) + \left(6n - n\right) = 2 + 3$$$$5n = 5$$Dzielimy obie strony przez $5$:$$n = 1$$Teraz wyznaczamy $m$, podstawiając wyliczone $n = 1$ do równania $2m - n = 3$:$$2m - 1 = 3$$Przenosimy $-1$ na prawą stronę, zmieniając znak na plus:$$2m = 3 + 1$$$$2m = 4$$Dzielimy obie strony przez $2$:$$m = 2$$Wartości parametrów to $m = 2$ oraz $n = 1$.
Grupa B
Zadanie 1 (3 pkt)
Rozwiąż dany układ równań metodą przeciwnych współczynników:
a) $\begin{cases} 2x - 5y = 1 \\ x = 2.5y + 3 \end{cases}$
b) $\begin{cases} 0.4x - 0.2y = 2 \\ 0.6x + 0.2y = 8 \end{cases}$
c) $\begin{cases} \frac{1}{2}x - 3y = 5 \\ x - 6y = 10 \end{cases}$
a) Układ sprzeczny.
b) $\begin{cases} x = 10 \\ y = 10 \end{cases}$
c) Układ nieoznaczony.
Zadanie 2 (3 pkt)
Rozwiąż dany układ równań metodą przeciwnych współczynników.
a) $\begin{cases} \frac{x}{2} + y = 3 \\ \frac{x}{4} - 2y = -1 \end{cases}$
b) $\begin{cases} 0.5x + \frac{2y}{3} = 6 \\ 1.5x - \frac{2y}{3} = 2 \end{cases}$
c) $\begin{cases} \frac{1}{3}x - 0.5y = 2 \\ x - 1.5y = 6 \end{cases}$
a) $\begin{cases} x = 4 \\ y = 1 \end{cases}$
b) $\begin{cases} x = 4 \\ y = 6 \end{cases}$
c) Układ nieoznaczony (nieskończenie wiele rozwiązań).
Zadanie 3 (2 pkt)
Rozwiąż dany układ równań metodą przeciwnych współczynników:
a) $\begin{cases} 2x-y = \frac{3x+y}{2} \\ \frac{x+y}{3} + 1 = \frac{2x+y}{2} \end{cases}$
b) $\begin{cases} \frac{4x-y}{2} - x = 2 \\ \frac{1}{2}\left(x+2y\right) - 5 = \frac{y-x}{2} \end{cases}$
a) $x = \frac{18}{13}, y = \frac{6}{13}$
b) $x = 3.5, y = 3$
Zadanie 4 (2 pkt)
Do wykresu funkcji liniowej $f(x) = ax + b$ należą punkty $M$ i $N$. Ułóż układ równań z niewiadomymi $a$ i $b$. Następnie oblicz $a$ i $b$ oraz napisz wzór funkcji $f$.
a) $M(8, -1)$, $N(-4, -4)$
b) $M(15, 4)$, $N(-5, 12)$
a) $f(x) = \frac{1}{4}x - 3$
b) $f(x) = -\frac{2}{5}x + 10$
Zadanie 5 (3 pkt)
Wykresy funkcji liniowych $f(x) = (m + n)x + m - n$ oraz $g(x) = 2x + 2m - 3n + 1$ przecinają oś $OY$ w tym samym punkcie. Do wykresu funkcji $f$ należy punkt $A(1, 6)$. Oblicz $m$ i $n$.
$m = 3, n = 2$.
