5.2 Układ równań pierwszego stopnia z dwiema niewiadomymi. Graficzne rozwiązywanie układów równań
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1
Ustal, która z par liczb podanych obok danego układu równań spełnia ten układ:
a) \(\begin{cases} 3x - y = 5 \\ y = 3x + 2 \end{cases}\)
Pary liczb: \((1, -2)\), \((0, 2)\), \((3, 4)\)
b) \(\begin{cases} 0{,}3x + 0{,}5y = 4{,}5 \\ 4x - 3y = 2 \end{cases}\)
Pary liczb: \(\left(0, -\dfrac{2}{3}\right)\), \((-5, 12)\), \((5, 6)\)
a) \(\begin{cases} 3x - y = 5 \\ y = 3x + 2 \end{cases}\)
Pary liczb: \((1, -2)\), \((0, 2)\), \((3, 4)\)
b) \(\begin{cases} 0{,}3x + 0{,}5y = 4{,}5 \\ 4x - 3y = 2 \end{cases}\)
Pary liczb: \(\left(0, -\dfrac{2}{3}\right)\), \((-5, 12)\), \((5, 6)\)
a) Żadna z podanych par nie spełnia układu równań (układ jest sprzeczny).
b) Para \((5, 6)\).
b) Para \((5, 6)\).
Wskazówki:
- Para liczb \((x, y)\) spełnia układ równań wtedy i tylko wtedy, gdy spełnia jednocześnie oba tworzące go równania.
- Podstaw pierwszą współrzędną w miejsce \(x\), a drugą w miejsce \(y\) do każdego z równań i sprawdź, czy lewa strona jest równa prawej stronie (\(L = P\)).
- Jeśli choć jedno z równań nie jest spełnione, cała para nie jest rozwiązaniem układu.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Podpunkt a) Badamy układ równań \(\begin{cases} 3x - y = 5 \\ y = 3x + 2 \end{cases}\):
Sprawdzamy kolejno każdą z podanych par liczb:
• Dla pary \((1, -2)\):
Wstawiamy \(x = 1\) oraz \(y = -2\) do pierwszego równania: $$L = 3 \cdot 1 - (-2) = 3 + 2 = 5 = P$$ Pierwsze równanie jest spełnione. Sprawdzamy drugie równanie: $$\begin{aligned} L &= -2 \\[8pt] P &= 3 \cdot 1 + 2 = 5 \end{aligned}$$ Ponieważ \(L \neq P\) (\(-2 \neq 5\)), para \((1, -2)\) nie spełnia drugiego równania, więc nie jest rozwiązaniem układu.
• Dla pary \((0, 2)\):
Wstawiamy \(x = 0\) oraz \(y = 2\) do pierwszego równania: $$L = 3 \cdot 0 - 2 = -2 \neq 5 = P$$ Pierwsze równanie nie jest spełnione, zatem para \((0, 2)\) nie spełnia układu.
• Dla pary \((3, 4)\):
Wstawiamy \(x = 3\) oraz \(y = 4\) do pierwszego równania: $$L = 3 \cdot 3 - 4 = 9 - 4 = 5 = P$$ Sprawdzamy drugie równanie: $$\begin{aligned} L &= 4 \\[8pt] P &= 3 \cdot 3 + 2 = 9 + 2 = 11 \end{aligned}$$ Widzimy, że \(L \neq P\) (\(4 \neq 11\)), czyli drugie równanie nie jest spełnione.
Wniosek: Żadna z podanych par nie spełnia tego układu równań. Układ ten jest sprzeczny (po przekształceniu drugiego równania otrzymujemy \(3x - y = -2\), co wyklucza się z pierwszym równaniem \(3x - y = 5\)). -
Podpunkt b) Badamy układ równań \(\begin{cases} 0{,}3x + 0{,}5y = 4{,}5 \\ 4x - 3y = 2 \end{cases}\):
Testujemy kolejno każdą z danych par liczb:
• Dla pary \(\left(0, -\dfrac{2}{3}\right)\):
Wstawiamy \(x = 0\) oraz \(y = -\dfrac{2}{3}\) do pierwszego równania: $$L = 0{,}3 \cdot 0 + 0{,}5 \cdot \left(-\dfrac{2}{3}\right) = \dfrac{1}{2} \cdot \left(-\dfrac{2}{3}\right) = -\dfrac{1}{3} \neq 4{,}5$$ Pierwsze równanie nie jest spełnione, para nie stanowi rozwiązania układu.
• Dla pary \((-5, 12)\):
Podstawiamy \(x = -5\) oraz \(y = 12\) do pierwszego równania: $$L = 0{,}3 \cdot (-5) + 0{,}5 \cdot 12 = -1{,}5 + 6 = 4{,}5 = P$$ Sprawdzamy drugie równanie: $$L = 4 \cdot (-5) - 3 \cdot 12 = -20 - 36 = -56 \neq 2 = P$$ Drugie równanie nie jest spełnione, więc para \((-5, 12)\) odpada.
• Dla pary \((5, 6)\):
Podstawiamy \(x = 5\) oraz \(y = 6\) do pierwszego równania: $$L = 0{,}3 \cdot 5 + 0{,}5 \cdot 6 = 1{,}5 + 3 = 4{,}5 = P$$ Podstawiamy do drugiego równania: $$L = 4 \cdot 5 - 3 \cdot 6 = 20 - 18 = 2 = P$$ Oba równania są spełnione jednocześnie (\(L = P\)).
Wniosek: Układ równań spełnia para liczb \((5, 6)\).
Odpowiedź:
a) Żadna z podanych par nie spełnia układu równań (układ jest sprzeczny).
b) Para \((5, 6)\).
a) Żadna z podanych par nie spełnia układu równań (układ jest sprzeczny).
b) Para \((5, 6)\).
Zadanie 2
Rozważ poniższe układy równań liniowych z dwiema niewiadomymi, z których każdy jest układem oznaczonym. Wyznacz parę liczb \((x, y)\) spełniającą dany układ metodą graficzną (rysując odpowiednie proste w układzie współrzędnych), a następnie potwierdź poprawność otrzymanego wyniku za pomocą rachunku algebraicznego.
a) \(\begin{cases} x - 2y = 4 \\ x + y = 1 \end{cases}\)
b) \(\begin{cases} y = 2 \\ 3x + 2y = -2 \end{cases}\)
c) \(\begin{cases} 3x + 4y = 6 \\ 2x + y + 1 = 0 \end{cases}\)
a) \(\begin{cases} x - 2y = 4 \\ x + y = 1 \end{cases}\)
b) \(\begin{cases} y = 2 \\ 3x + 2y = -2 \end{cases}\)
c) \(\begin{cases} 3x + 4y = 6 \\ 2x + y + 1 = 0 \end{cases}\)
a) \(\begin{cases} x = 2 \\ y = -1 \end{cases}\) (punkt przecięcia: \((2, -1)\))
b) \(\begin{cases} x = -2 \\ y = 2 \end{cases}\) (punkt przecięcia: \((-2, 2)\))
c) \(\begin{cases} x = -2 \\ y = 3 \end{cases}\) (punkt przecięcia: \((-2, 3)\))
b) \(\begin{cases} x = -2 \\ y = 2 \end{cases}\) (punkt przecięcia: \((-2, 2)\))
c) \(\begin{cases} x = -2 \\ y = 3 \end{cases}\) (punkt przecięcia: \((-2, 3)\))
Wskazówki:
- Aby rozwiązać układ graficznie, przekształć każde z równań do postaci kierunkowej \(y = mx + k\), w której \(m\) oznacza współczynnik kierunkowy (nachylenie prostej), a \(k\) punkt przecięcia z osią \(OY\).
- W przypadku prostej postaci \(y = k\) (prosta pozioma) rzędna punktu jest stała dla każdego argumentu \(x\).
- Rozwiązaniem układu jest punkt przecięcia obu prostych \(S = (x, y)\). Współrzędne tego punktu muszą spełniać jednocześnie oba równania wyjściowe.
- Sprawdzenie algebraiczne polega na rozwiązaniu układu metodą podstawiania lub przeciwnych współczynników i porównaniu wyliczonych liczb z odczytem z wykresu.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Podpunkt a) Graficzne i algebraiczne rozwiązanie układu \(\begin{cases} x - 2y = 4 \\ x + y = 1 \end{cases}\):
Przekształcamy oba równania do postaci kierunkowej, aby wyznaczyć punkty ułatwiające narysowanie prostych:
Dla pierwszego równania: $$\begin{aligned} x - 2y &= 4 \\[8pt] -2y &= -x + 4 \quad \Big/ : (-2) \\[8pt] y &= \dfrac{1}{2}x - 2 \end{aligned}$$ Dla drugiego równania: $$\begin{aligned} x + y &= 1 \\[8pt] y &= -x + 1 \end{aligned}$$ Dobieramy punkty kratowe dla obu prostych:- Dla prostej \(l_1: y = \dfrac{1}{2}x - 2\): dla \(x = 0 \implies y = -2\), dla \(x = 4 \implies y = 0\), dla \(x = 2 \implies y = -1\).
- Dla prostej \(l_2: y = -x + 1\): dla \(x = 0 \implies y = 1\), dla \(x = 1 \implies y = 0\), dla \(x = 2 \implies y = -1\).
Sprawdzenie algebraiczne:
Odejmujemy drugie równanie od pierwszego stronami: $$\begin{aligned} (x - 2y) - (x + y) &= 4 - 1 \\[8pt] -3y &= 3 \quad \Big/ : (-3) \\[8pt] y &= -1 \end{aligned}$$ Podstawiamy wyznaczone \(y = -1\) do równania \(x + y = 1\): $$\begin{aligned} x + (-1) &= 1 \\[8pt] x &= 2 \end{aligned}$$ Rozwiązaniem jest para liczb \(\begin{cases} x = 2 \\ y = -1 \end{cases}\), co w pełni pokrywa się z odczytem graficznym. -
Podpunkt b) Graficzne i algebraiczne rozwiązanie układu \(\begin{cases} y = 2 \\ 3x + 2y = -2 \end{cases}\):
Pierwsze równanie \(y = 2\) opisuje prostą poziomą, na której każdy punkt ma rzędną równą \(2\).
Drugie równanie przekształcamy do postaci kierunkowej: $$\begin{aligned} 3x + 2y &= -2 \\[8pt] 2y &= -3x - 2 \quad \Big/ : 2 \\[8pt] y &= -\dfrac{3}{2}x - 1 \end{aligned}$$ Dobieramy punkty dla prostej \(l_2: y = -\dfrac{3}{2}x - 1\):- Dla \(x = 0 \implies y = -1\)
- Dla \(x = -2 \implies y = -\dfrac{3}{2}(-2) - 1 = 3 - 1 = 2\)
- Dla \(x = 2 \implies y = -\dfrac{3}{2}(2) - 1 = -3 - 1 = -4\)
Sprawdzenie algebraiczne:
Wstawiamy bezpośrednio wartość \(y = 2\) z pierwszego równania do drugiego: $$\begin{aligned} 3x + 2 \cdot 2 &= -2 \\[8pt] 3x + 4 &= -2 \\[8pt] 3x &= -6 \quad \Big/ : 3 \\[8pt] x &= -2 \end{aligned}$$ Otrzymujemy parę liczb \(\begin{cases} x = -2 \\ y = 2 \end{cases}\), co potwierdza poprawność rozwiązania graficznego. -
Podpunkt c) Graficzne i algebraiczne rozwiązanie układu \(\begin{cases} 3x + 4y = 6 \\ 2x + y + 1 = 0 \end{cases}\):
Sprowadzamy oba równania do postaci kierunkowej:
Dla pierwszego równania: $$\begin{aligned} 3x + 4y &= 6 \\[8pt] 4y &= -3x + 6 \quad \Big/ : 4 \\[8pt] y &= -\dfrac{3}{4}x + \dfrac{3}{2} \end{aligned}$$ Dla drugiego równania: $$\begin{aligned} 2x + y + 1 &= 0 \\[8pt] y &= -2x - 1 \end{aligned}$$ Wyznaczamy punkty o współrzędnych całkowitych:- Dla prostej \(l_1: y = -\dfrac{3}{4}x + \dfrac{3}{2}\): dla \(x = 2 \implies y = 0\), dla \(x = -2 \implies y = -\dfrac{3}{4}(-2) + \dfrac{3}{2} = \dfrac{3}{2} + \dfrac{3}{2} = 3\).
- Dla prostej \(l_2: y = -2x - 1\): dla \(x = 0 \implies y = -1\), dla \(x = -1 \implies y = 1\), dla \(x = -2 \implies y = -2(-2) - 1 = 3\).
Sprawdzenie algebraiczne:
Z drugiego równania wyznaczamy zmienną \(y\): $$y = -2x - 1$$ Wstawiamy to wyrażenie do pierwszego równania: $$\begin{aligned} 3x + 4(-2x - 1) &= 6 \\[8pt] 3x - 8x - 4 &= 6 \\[8pt] -5x &= 10 \quad \Big/ : (-5) \\[8pt] x &= -2 \end{aligned}$$ Obliczamy wartość \(y\): $$\begin{aligned} y &= -2(-2) - 1 \\[8pt] y &= 4 - 1 = 3 \end{aligned}$$ Rozwiązaniem jest para liczb \(\begin{cases} x = -2 \\ y = 3 \end{cases}\), co w pełni zgadza się z odczytem z układu współrzędnych.
Odpowiedź:
a) \(\begin{cases} x = 2 \\ y = -1 \end{cases}\)
b) \(\begin{cases} x = -2 \\ y = 2 \end{cases}\)
c) \(\begin{cases} x = -2 \\ y = 3 \end{cases}\)
a) \(\begin{cases} x = 2 \\ y = -1 \end{cases}\)
b) \(\begin{cases} x = -2 \\ y = 2 \end{cases}\)
c) \(\begin{cases} x = -2 \\ y = 3 \end{cases}\)
Zadanie 3
Rozwiąż metodą graficzną poniższe układy równań na płaszczyźnie kartezjańskiej. Określ typ każdego układu (oznaczony czy nieoznaczony) oraz podaj jego zbiór rozwiązań:
a) \(\begin{cases} 2x - y = 3 \\ x + y = 3 \end{cases}\)
b) \(\begin{cases} 0,5x - y = 1 \\ x = 2y + 2 \end{cases}\)
c) \(\begin{cases} 4y - 5 = y + 4 \\ 3(y - 2x) = 9 - 6x \end{cases}\)
a) Układ oznaczony, jedno rozwiązanie: \((x, y) = (2, 1)\), zbiór rozwiązań: \(\{(2, 1)\}\)
b) Układ nieoznaczony, nieskończenie wiele rozwiązań postaci \((x, 0,5x - 1)\), gdzie \(x \in \mathbb{R}\); zbiór rozwiązań: \(\{(x, y) \in \mathbb{R}^2 \colon y = 0,5x - 1\}\)
c) Układ nieoznaczony, nieskończenie wiele rozwiązań postaci \((x, 3)\), gdzie \(x \in \mathbb{R}\); zbiór rozwiązań: \(\{(x, 3) \colon x \in \mathbb{R}\}\)
b) Układ nieoznaczony, nieskończenie wiele rozwiązań postaci \((x, 0,5x - 1)\), gdzie \(x \in \mathbb{R}\); zbiór rozwiązań: \(\{(x, y) \in \mathbb{R}^2 \colon y = 0,5x - 1\}\)
c) Układ nieoznaczony, nieskończenie wiele rozwiązań postaci \((x, 3)\), gdzie \(x \in \mathbb{R}\); zbiór rozwiązań: \(\{(x, 3) \colon x \in \mathbb{R}\}\)
Wskazówki:
- Każde z równań liniowych sprowadź do postaci kierunkowej \(y = ax + b\), aby łatwo wyznaczyć punkty i naszkicować odpowiednie proste w układzie współrzędnych.
- Jeśli proste przecinają się w dokładnie jednym punkcie, układ jest oznaczony, a współrzędne tego punktu stanowią jedyne rozwiązanie.
- Jeśli oba równania po przekształceniu opisują tę samą prostą (proste pokrywają się), układ jest nieoznaczony i ma nieskończenie wiele rozwiązań należących do tej prostej.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Podpunkt a) Rozwiązujemy graficznie układ równań \(\begin{cases} 2x - y = 3 \\ x + y = 3 \end{cases}\):
Sprowadzamy oba równania do postaci kierunkowej prostej \(y = ax + b\):- Pierwsze równanie: $$\begin{aligned} 2x - y &= 3 \\[8pt] -y &= -2x + 3 \\[8pt] y &= 2x - 3 \quad (\text{prosta } k) \end{aligned}$$ Wyznaczamy dwa punkty należące do prostej \(k\): dla \(x = 0\) mamy \(y = -3\), a dla \(x = 2\) mamy \(y = 1\), czyli punkty \((0, -3)\) oraz \((2, 1)\).
- Drugie równanie: $$\begin{aligned} x + y &= 3 \\[8pt] y &= -x + 3 \quad (\text{prosta } l) \end{aligned}$$ Wyznaczamy dwa punkty należące do prostej \(l\): dla \(x = 0\) mamy \(y = 3\), a dla \(x = 3\) mamy \(y = 0\), czyli punkty \((0, 3)\) oraz \((3, 0)\).
Proste przecinają się dokładnie w punkcie \(P(2, 1)\). Układ jest oznaczony, a zbiór jego rozwiązań to: $$\{(2, 1)\}$$ -
Podpunkt b) Rozwiązujemy graficznie układ równań \(\begin{cases} 0,5x - y = 1 \\ x = 2y + 2 \end{cases}\):
Przekształcamy oba równania do postaci kierunkowej:- Pierwsze równanie: $$\begin{aligned} 0,5x - y &= 1 \\[8pt] -y &= -0,5x + 1 \\[8pt] y &= 0,5x - 1 \end{aligned}$$
- Drugie równanie: $$\begin{aligned} x &= 2y + 2 \\[8pt] 2y &= x - 2 \\[8pt] y &= 0,5x - 1 \end{aligned}$$
Ponieważ obie proste pokrywają się, układ jest nieoznaczony i ma nieskończenie wiele rozwiązań. Zbiór rozwiązań zapisujemy jako: $$\{(x, y) \in \mathbb{R}^2 \colon y = 0,5x - 1\} \quad \text{lub} \quad \{(x, 0,5x - 1) \colon x \in \mathbb{R}\}$$ -
Podpunkt c) Rozwiązujemy graficznie układ równań \(\begin{cases} 4y - 5 = y + 4 \\ 3(y - 2x) = 9 - 6x \end{cases}\):
Upraszczamy oba równania:- Pierwsze równanie: $$\begin{aligned} 4y - 5 &= y + 4 \\[8pt] 4y - y &= 4 + 5 \\[8pt] 3y &= 9 \\[8pt] y &= 3 \end{aligned}$$
- Drugie równanie (rozwiązujemy nawias): $$\begin{aligned} 3(y - 2x) &= 9 - 6x \\[8pt] 3y - 6x &= 9 - 6x \\[8pt] 3y &= 9 \\[8pt] y &= 3 \end{aligned}$$
Wykresy obu równań to ta sama prosta pozioma, zatem układ jest nieoznaczony i ma nieskończenie wiele rozwiązań dla dowolnego \(x \in \mathbb{R}\). Zbiór rozwiązań to: $$\{(x, 3) \colon x \in \mathbb{R}\}$$
Odpowiedź:
a) Układ oznaczony, jedno rozwiązanie: \((x, y) = (2, 1)\), zbiór rozwiązań: \(\{(2, 1)\}\)
b) Układ nieoznaczony, nieskończenie wiele rozwiązań postaci \((x, 0,5x - 1)\), gdzie \(x \in \mathbb{R}\); zbiór rozwiązań: \(\{(x, y) \in \mathbb{R}^2 \colon y = 0,5x - 1\}\)
c) Układ nieoznaczony, nieskończenie wiele rozwiązań postaci \((x, 3)\), gdzie \(x \in \mathbb{R}\); zbiór rozwiązań: \(\{(x, 3) \colon x \in \mathbb{R}\}\)
a) Układ oznaczony, jedno rozwiązanie: \((x, y) = (2, 1)\), zbiór rozwiązań: \(\{(2, 1)\}\)
b) Układ nieoznaczony, nieskończenie wiele rozwiązań postaci \((x, 0,5x - 1)\), gdzie \(x \in \mathbb{R}\); zbiór rozwiązań: \(\{(x, y) \in \mathbb{R}^2 \colon y = 0,5x - 1\}\)
c) Układ nieoznaczony, nieskończenie wiele rozwiązań postaci \((x, 3)\), gdzie \(x \in \mathbb{R}\); zbiór rozwiązań: \(\{(x, 3) \colon x \in \mathbb{R}\}\)
Zadanie 4
Na podstawie poniższych rysunków wyznacz układ dwóch równań liniowych z dwiema niewiadomymi \(x\) i \(y\), którego geometryczną interpretacją są przedstawione proste. Określ liczbę rozwiązań każdego z układów i podaj jego rozwiązanie, o ile ono istnieje.
a)
b)
c)
d)
e)
a)
a) Układ równań: \(\begin{cases} y = 2 \\ y = \dfrac{1}{2}x - 1 \end{cases}\); 1 rozwiązanie: \(\begin{cases} x = 6 \\ y = 2 \end{cases}\) (układ oznaczony)
b) Układ równań: \(\begin{cases} x = -2 \\ y = \dfrac{1}{2}x - 2 \end{cases}\); 1 rozwiązanie: \(\begin{cases} x = -2 \\ y = -3 \end{cases}\) (układ oznaczony)
c) Układ równań: \(\begin{cases} y = -x + 1 \\ y = \dfrac{1}{2}x - 2 \end{cases}\); 1 rozwiązanie: \(\begin{cases} x = 2 \\ y = -1 \end{cases}\) (układ oznaczony)
d) Układ równań: \(\begin{cases} y = \dfrac{1}{2}x + 1 \\ x - 2y = -2 \end{cases}\); nieskończenie wiele rozwiązań postaci \(\left(x, \dfrac{1}{2}x + 1\right)\), gdzie \(x \in \mathbb{R}\) (układ nieoznaczony)
e) Układ równań: \(\begin{cases} y = -2x + 2 \\ y = -2x - 2 \end{cases}\); brak rozwiązań (układ sprzeczny)
b) Układ równań: \(\begin{cases} x = -2 \\ y = \dfrac{1}{2}x - 2 \end{cases}\); 1 rozwiązanie: \(\begin{cases} x = -2 \\ y = -3 \end{cases}\) (układ oznaczony)
c) Układ równań: \(\begin{cases} y = -x + 1 \\ y = \dfrac{1}{2}x - 2 \end{cases}\); 1 rozwiązanie: \(\begin{cases} x = 2 \\ y = -1 \end{cases}\) (układ oznaczony)
d) Układ równań: \(\begin{cases} y = \dfrac{1}{2}x + 1 \\ x - 2y = -2 \end{cases}\); nieskończenie wiele rozwiązań postaci \(\left(x, \dfrac{1}{2}x + 1\right)\), gdzie \(x \in \mathbb{R}\) (układ nieoznaczony)
e) Układ równań: \(\begin{cases} y = -2x + 2 \\ y = -2x - 2 \end{cases}\); brak rozwiązań (układ sprzeczny)
Wskazówki:
- Aby wyznaczyć równanie prostej w postaci kierunkowej \(y = ax + b\), odczytaj z siatki współrzędne dwóch zaznaczonych punktów \((x_1, y_1)\) oraz \((x_2, y_2)\). Współczynnik kierunkowy wynosi \(a = \dfrac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1}\), a wyraz wolny \(b\) to rzędna punktu przecięcia z osią \(OY\).
- Prosta pozioma równoległa do osi \(OX\) ma równanie \(y = c\), natomiast prosta pionowa równoległa do osi \(OY\) ma równanie \(x = c\).
- Punkt przecięcia się dwóch prostych wyznacza parę liczb \((x, y)\) będącą jedynym rozwiązaniem układu (układ oznaczony). Pokrywające się proste oznaczają nieskończenie wiele rozwiązań (układ nieoznaczony), a proste równoległe rozłączne – brak rozwiązań (układ sprzeczny).
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Podpunkt a) Wyznaczenie równań prostych oraz punktu przecięcia:
Na rysunku przedstawiono dwie proste przecinające się w jednym punkcie:
• Prosta pozioma przechodzi przez punkt \((0, 2)\), zatem dla każdego argumentu przyjmuje stałą wartość: $$ y = 2 $$ • Druga prosta przechodzi przez punkty \((0, -1)\) oraz \((6, 2)\). Jej współczynniki wynoszą: $$ b = -1, \quad a = \dfrac{2 - (-1)}{6 - 0} = \dfrac{3}{6} = \dfrac{1}{2} $$ Równanie tej prostej to \(y = \dfrac{1}{2}x - 1\). Układ równań ma postać: $$ \begin{cases} y = 2 \\[8pt] y = \dfrac{1}{2}x - 1 \end{cases} $$ Współrzędne punktu przecięcia odczytane bezpośrednio z wykresu to \((6, 2)\). Układ posiada dokładnie jedno rozwiązanie (układ oznaczony): $$ \begin{cases} x = 6 \\ y = 2 \end{cases} $$ -
Podpunkt b) Wyznaczenie prostej pionowej i ukośnej:
Na rysunku znajdują się dwie proste przecinające się:
• Prosta pionowa przechodzi przez punkty o odciętej równej \(-2\) (np. \((-2, 0)\), \((-2, -3)\)), zatem jej równanie to: $$ x = -2 $$ • Prosta ukośna przechodzi przez punkty \((0, -2)\) oraz \((4, 0)\). Jej współczynniki wynoszą: $$ b = -2, \quad a = \dfrac{0 - (-2)}{4 - 0} = \dfrac{2}{4} = \dfrac{1}{2} \implies y = \dfrac{1}{2}x - 2 $$ Układ równań przyjmuje postać: $$ \begin{cases} x = -2 \\[8pt] y = \dfrac{1}{2}x - 2 \end{cases} $$ Podstawiając \(x = -2\) do drugiego równania: $$ y = \dfrac{1}{2} \cdot (-2) - 2 = -1 - 2 = -3 $$ Układ posiada dokładnie jedno rozwiązanie (układ oznaczony): $$ \begin{cases} x = -2 \\ y = -3 \end{cases} $$ -
Podpunkt c) Analiza dwóch prostych przecinających się:
Wyznaczamy równania prostych z zaznaczonych na siatce punktów kratowych:
• Pierwsza prosta przechodzi przez punkty \((0, 1)\) oraz \((1, 0)\): $$ b_1 = 1, \quad a_1 = \dfrac{0 - 1}{1 - 0} = -1 \implies y = -x + 1 $$ • Druga prosta przechodzi przez punkty \((0, -2)\) oraz punkt przecięcia \((2, -1)\): $$ b_2 = -2, \quad a_2 = \dfrac{-1 - (-2)}{2 - 0} = \dfrac{1}{2} \implies y = \dfrac{1}{2}x - 2 $$ Układ równań ma postać: $$ \begin{cases} y = -x + 1 \\[8pt] y = \dfrac{1}{2}x - 2 \end{cases} $$ Punkt przecięcia wynosi \((2, -1)\), zatem układ ma dokładnie jedno rozwiązanie (układ oznaczony): $$ \begin{cases} x = 2 \\ y = -1 \end{cases} $$ -
Podpunkt d) Analiza prostych pokrywających się:
Rysunek przedstawia jedną wspólną prostą (pokrywające się wykresy obu równań), przechodzącą przez punkty \((-2, 0)\) oraz \((0, 1)\): $$ b = 1, \quad a = \dfrac{1 - 0}{0 - (-2)} = \dfrac{1}{2} \implies y = \dfrac{1}{2}x + 1 $$ Mnożąc obustronnie przez \(2\) i przekształcając do postaci ogólnej: $$ 2y = x + 2 \iff x - 2y = -2 $$ Przykładowy układ równań wyznaczający te pokrywające się proste to: $$ \begin{cases} y = \dfrac{1}{2}x + 1 \\[8pt] x - 2y = -2 \end{cases} $$ Układ ten jest nieoznaczony i posiada nieskończenie wiele rozwiązań postaci: $$ \left(x, \; \dfrac{1}{2}x + 1\right), \quad \text{gdzie } x \in \mathbb{R} $$ -
Podpunkt e) Analiza prostych równoległych rozłącznych:
Na rysunku widoczne są dwie różne proste o jednakowym nachyleniu:
• Pierwsza prosta przechodzi przez punkty \((0, 2)\) oraz \((1, 0)\): $$ b_1 = 2, \quad a_1 = \dfrac{0 - 2}{1 - 0} = -2 \implies y = -2x + 2 $$ • Druga prosta przechodzi przez punkty \((-1, 0)\) oraz \((0, -2)\): $$ b_2 = -2, \quad a_2 = \dfrac{-2 - 0}{0 - (-1)} = -2 \implies y = -2x - 2 $$ Układ równań ma postać: $$ \begin{cases} y = -2x + 2 \\ y = -2x - 2 \end{cases} $$ Ponieważ współczynniki kierunkowe są identyczne (\(a_1 = a_2 = -2\)), a wyrazy wolne różne (\(b_1 \neq b_2\)), proste są równoległe i nie mają punktów wspólnych. Układ jest sprzeczny – brak rozwiązań (0 rozwiązań).
Odpowiedź:
a) \(\begin{cases} y = 2 \\ y = \dfrac{1}{2}x - 1 \end{cases}\); 1 rozwiązanie: \(\begin{cases} x = 6 \\ y = 2 \end{cases}\) (układ oznaczony)
b) \(\begin{cases} x = -2 \\ y = \dfrac{1}{2}x - 2 \end{cases}\); 1 rozwiązanie: \(\begin{cases} x = -2 \\ y = -3 \end{cases}\) (układ oznaczony)
c) \(\begin{cases} y = -x + 1 \\ y = \dfrac{1}{2}x - 2 \end{cases}\); 1 rozwiązanie: \(\begin{cases} x = 2 \\ y = -1 \end{cases}\) (układ oznaczony)
d) \(\begin{cases} y = -4x + 12 \\ y = x - 8 \end{cases}\); 1 rozwiązanie: \(\begin{cases} x = 4 \\ y = -4 \end{cases}\) (układ oznaczony)
d) \(\begin{cases} y = \dfrac{1}{2}x + 1 \\ x - 2y = -2 \end{cases}\); nieskończenie wiele rozwiązań postaci \(\left(x, \dfrac{1}{2}x + 1\right)\), \(x \in \mathbb{R}\) (układ nieoznaczony)
e) \(\begin{cases} y = -2x + 2 \\ y = -2x - 2 \end{cases}\); brak rozwiązań (układ sprzeczny)
a) \(\begin{cases} y = 2 \\ y = \dfrac{1}{2}x - 1 \end{cases}\); 1 rozwiązanie: \(\begin{cases} x = 6 \\ y = 2 \end{cases}\) (układ oznaczony)
b) \(\begin{cases} x = -2 \\ y = \dfrac{1}{2}x - 2 \end{cases}\); 1 rozwiązanie: \(\begin{cases} x = -2 \\ y = -3 \end{cases}\) (układ oznaczony)
c) \(\begin{cases} y = -x + 1 \\ y = \dfrac{1}{2}x - 2 \end{cases}\); 1 rozwiązanie: \(\begin{cases} x = 2 \\ y = -1 \end{cases}\) (układ oznaczony)
d) \(\begin{cases} y = -4x + 12 \\ y = x - 8 \end{cases}\); 1 rozwiązanie: \(\begin{cases} x = 4 \\ y = -4 \end{cases}\) (układ oznaczony)
d) \(\begin{cases} y = \dfrac{1}{2}x + 1 \\ x - 2y = -2 \end{cases}\); nieskończenie wiele rozwiązań postaci \(\left(x, \dfrac{1}{2}x + 1\right)\), \(x \in \mathbb{R}\) (układ nieoznaczony)
e) \(\begin{cases} y = -2x + 2 \\ y = -2x - 2 \end{cases}\); brak rozwiązań (układ sprzeczny)
Zadanie 5
Rozwiąż graficznie poniższe układy równań:
a) \(\begin{cases} (x+2)(x-3) + y = (x-2)^2 \\ 2x - y = 5 \end{cases}\)
b) \(\begin{cases} 7 - (2x-1)(2x+1) = 4y - (2x-2)^2 \\ x + y = 1 \end{cases}\)
a) \(\begin{cases} (x+2)(x-3) + y = (x-2)^2 \\ 2x - y = 5 \end{cases}\)
b) \(\begin{cases} 7 - (2x-1)(2x+1) = 4y - (2x-2)^2 \\ x + y = 1 \end{cases}\)
a) \(\begin{cases} x = 3 \\ y = 1 \end{cases}\) (punkt przecięcia: \(P(3, 1)\))
b) \(\begin{cases} x = 2 \\ y = -1 \end{cases}\) (punkt przecięcia: \(P(2, -1)\))
b) \(\begin{cases} x = 2 \\ y = -1 \end{cases}\) (punkt przecięcia: \(P(2, -1)\))
Wskazówki:
- Wykonaj mnożenie nawiasów oraz zastosuj wzory skróconego mnożenia: \((a-b)^2 = a^2 - 2ab + b^2\) oraz \((a-b)(a+b) = a^2 - b^2\).
- Wyrazy z \(x^2\) zredukują się po obu stronach – przekształć każde z równań do postaci kierunkowej prostej: \(y = ax + b\).
- Wyznacz współrzędne co najmniej dwóch punktów dla każdej prostej, narysuj je w jednym prostokątnym układzie współrzędnych i odczytaj punkt ich przecięcia.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Rozwiązanie układu równań z podpunktu a):
Układ wyjściowy ma postać: $$ \begin{cases} (x+2)(x-3) + y = (x-2)^2 \\ 2x - y = 5 \end{cases} $$ Przekształcamy pierwsze równanie, wymnażając nawiasy po lewej stronie oraz stosując wzór skróconego mnożenia po prawej stronie: $$ \begin{aligned} x^2 - 3x + 2x - 6 + y &= x^2 - 4x + 4 \\[8pt] x^2 - x - 6 + y &= x^2 - 4x + 4 \end{aligned} $$ Odejmujemy \(x^2\) od obu stron równania i wyznaczamy \(y\): $$ \begin{aligned} -x - 6 + y &= -4x + 4 \\[8pt] y &= -4x + x + 4 + 6 \\[8pt] y &= -3x + 10 \end{aligned} $$ Drugie równanie układu również przekształcamy do postaci kierunkowej: $$ \begin{aligned} 2x - y &= 5 \\[8pt] -y &= -2x + 5 \\[8pt] y &= 2x - 5 \end{aligned} $$ Otrzymujemy układ dwóch prostych: $$ \begin{cases} y = -3x + 10 \quad (\text{prosta } k) \\ y = 2x - 5 \quad (\text{prosta } l) \end{cases} $$ Wyznaczamy punkty do narysowania prostych:
• Dla prostej \(k: y = -3x + 10\):
gdy \(x = 2 \implies y = -3 \cdot 2 + 10 = 4 \implies (2, 4)\)
gdy \(x = 3 \implies y = -3 \cdot 3 + 10 = 1 \implies (3, 1)\)
gdy \(x = 4 \implies y = -3 \cdot 4 + 10 = -2 \implies (4, -2)\)
• Dla prostej \(l: y = 2x - 5\):
gdy \(x = 1 \implies y = 2 \cdot 1 - 5 = -3 \implies (1, -3)\)
gdy \(x = 3 \implies y = 2 \cdot 3 - 5 = 1 \implies (3, 1)\)
gdy \(x = 4 \implies y = 2 \cdot 4 - 5 = 3 \implies (4, 3)\)
Rysujemy obie proste w układzie współrzędnych:Wykresy przecinają się dokładnie w punkcie \(P(3, 1)\). -
Rozwiązanie układu równań z podpunktu b):
Układ wyjściowy ma postać: $$ \begin{cases} 7 - (2x-1)(2x+1) = 4y - (2x-2)^2 \\ x + y = 1 \end{cases} $$ Przekształcamy pierwsze równanie, stosując wzory skróconego mnożenia: $$ (2x-1)(2x+1) = 4x^2 - 1 $$ $$ (2x-2)^2 = 4x^2 - 8x + 4 $$ Wstawiamy wyrażenia do równania: $$ \begin{aligned} 7 - (4x^2 - 1) &= 4y - (4x^2 - 8x + 4) \\[8pt] 7 - 4x^2 + 1 &= 4y - 4x^2 + 8x - 4 \\[8pt] 8 - 4x^2 &= 4y - 4x^2 + 8x - 4 \end{aligned} $$ Dodajemy \(4x^2\) do obu stron równania: $$ \begin{aligned} 8 &= 4y + 8x - 4 \\[8pt] 4y &= -8x + 12 \\[8pt] y &= -2x + 3 \end{aligned} $$ Przekształcamy drugie równanie układu do postaci kierunkowej: $$ \begin{aligned} x + y &= 1 \\[8pt] y &= -x + 1 \end{aligned} $$ Otrzymujemy układ dwóch prostych: $$ \begin{cases} y = -2x + 3 \quad (\text{prosta } k) \\ y = -x + 1 \quad (\text{prosta } l) \end{cases} $$ Wyznaczamy punkty do narysowania prostych:
• Dla prostej \(k: y = -2x + 3\):
gdy \(x = 0 \implies y = 3 \implies (0, 3)\)
gdy \(x = 2 \implies y = -2 \cdot 2 + 3 = -1 \implies (2, -1)\)
gdy \(x = 3 \implies y = -2 \cdot 3 + 3 = -3 \implies (3, -3)\)
• Dla prostej \(l: y = -x + 1\):
gdy \(x = 0 \implies y = 1 \implies (0, 1)\)
gdy \(x = 2 \implies y = -2 + 1 = -1 \implies (2, -1)\)
gdy \(x = 4 \implies y = -4 + 1 = -3 \implies (4, -3)\)
Rysujemy obie proste w układzie współrzędnych:Wykresy przecinają się dokładnie w punkcie \(P(2, -1)\).
Odpowiedź:
a) \(\begin{cases} x = 3 \\ y = 1 \end{cases}\)
b) \(\begin{cases} x = 2 \\ y = -1 \end{cases}\)
a) \(\begin{cases} x = 3 \\ y = 1 \end{cases}\)
b) \(\begin{cases} x = 2 \\ y = -1 \end{cases}\)
Grupa B
Zadanie 1
Zbadaj, która para liczb spośród podanych obok układu równań jest jego rozwiązaniem:
b) \(\begin{cases} 4x - y = 7 \\ y = 4x - 3 \end{cases}\)
Pary liczb: \((2, 1)\), \((1, 1)\), \((0, -7)\)
d) \(\begin{cases} 0{,}6x + 0{,}2y = 4{,}4 \\ -5x + 8y = 2 \end{cases}\)
Pary liczb: \(\left(0, \dfrac{1}{4}\right)\), \((4, 10)\), \((6, 4)\)
b) \(\begin{cases} 4x - y = 7 \\ y = 4x - 3 \end{cases}\)
Pary liczb: \((2, 1)\), \((1, 1)\), \((0, -7)\)
d) \(\begin{cases} 0{,}6x + 0{,}2y = 4{,}4 \\ -5x + 8y = 2 \end{cases}\)
Pary liczb: \(\left(0, \dfrac{1}{4}\right)\), \((4, 10)\), \((6, 4)\)
b) Żadna z podanych par nie spełnia układu równań (układ jest sprzeczny).
d) Para \((6, 4)\).
d) Para \((6, 4)\).
Zadanie 2
Dla każdego z poniższych oznaczonych układów równań wyznacz parę liczb \((x, y)\) spełniającą dany układ metodą graficzną (rysując proste w kartezjańskim układzie współrzędnych), a poprawność odczytanych współrzędnych punktu przecięcia zweryfikuj za pomocą obliczeń algebraicznych.
a) \(\begin{cases} x + 2y = 3 \\ x - y = -3 \end{cases}\)
b) \(\begin{cases} y = -2 \\ 2x + 3y = -2 \end{cases}\)
c) \(\begin{cases} 2x + 3y = 3 \\ 3x + y - 8 = 0 \end{cases}\)
a) \(\begin{cases} x + 2y = 3 \\ x - y = -3 \end{cases}\)
b) \(\begin{cases} y = -2 \\ 2x + 3y = -2 \end{cases}\)
c) \(\begin{cases} 2x + 3y = 3 \\ 3x + y - 8 = 0 \end{cases}\)
a) \(\begin{cases} x = -1 \\ y = 2 \end{cases}\) (punkt przecięcia prostych: \(S(-1, 2)\))
b) \(\begin{cases} x = 2 \\ y = -2 \end{cases}\) (punkt przecięcia prostych: \(S(2, -2)\))
c) \(\begin{cases} x = 3 \\ y = -1 \end{cases}\) (punkt przecięcia prostych: \(S(3, -1)\))
b) \(\begin{cases} x = 2 \\ y = -2 \end{cases}\) (punkt przecięcia prostych: \(S(2, -2)\))
c) \(\begin{cases} x = 3 \\ y = -1 \end{cases}\) (punkt przecięcia prostych: \(S(3, -1)\))
a) \(S(-1, 2)\)
b) \(S(2, -2)\)
c) \(S(3, -1)\)
Zadanie 3
Wyznacz metodą graficzną zbiory rozwiązań danych układów równań na płaszczyźnie z układem współrzędnych. Wskaż, które z nich są układami oznaczonymi, a które nieoznaczonymi:
a) \(\begin{cases} x + y = 4 \\ 3x - y = 0 \end{cases}\)
b) \(\begin{cases} 0,2x - y = -1 \\ x = 5y - 5 \end{cases}\)
c) \(\begin{cases} 5y + 7 = 2y + 1 \\ 4(y + 3x) = 12x - 8 \end{cases}\)
a) Układ oznaczony, jedno rozwiązanie: \((x, y) = (1, 3)\), zbiór rozwiązań: \(\{(1, 3)\}\)
b) Układ nieoznaczony, nieskończenie wiele rozwiązań postaci \((x, 0,2x + 1)\), gdzie \(x \in \mathbb{R}\); zbiór rozwiązań: \(\{(x, y) \in \mathbb{R}^2 \colon y = 0,2x + 1\}\)
c) Układ nieoznaczony, nieskończenie wiele rozwiązań postaci \((x, -2)\), gdzie \(x \in \mathbb{R}\); zbiór rozwiązań: \(\{(x, -2) \colon x \in \mathbb{R}\}\)
b) Układ nieoznaczony, nieskończenie wiele rozwiązań postaci \((x, 0,2x + 1)\), gdzie \(x \in \mathbb{R}\); zbiór rozwiązań: \(\{(x, y) \in \mathbb{R}^2 \colon y = 0,2x + 1\}\)
c) Układ nieoznaczony, nieskończenie wiele rozwiązań postaci \((x, -2)\), gdzie \(x \in \mathbb{R}\); zbiór rozwiązań: \(\{(x, -2) \colon x \in \mathbb{R}\}\)
Zadanie 4
Dla każdego z poniższych rysunków wyznacz układ dwóch równań pierwszego stopnia z dwiema niewiadomymi \(x\) i \(y\), którego ilustrację geometryczną stanowią narysowane proste. Określ liczbę rozwiązań danego układu i wyznacz to rozwiązanie, jeśli istnieje.
a)
b)
c)
d)
e)
f)
a)
a) Układ równań: \(\begin{cases} y = -2 \\ y = -\dfrac{1}{2}x + 1 \end{cases}\); rozwiązanie: \((x, y) = (6, -2)\) (układ oznaczony)
b) Układ równań: \(\begin{cases} x = 3 \\ y = -x + 2 \end{cases}\); rozwiązanie: \((x, y) = (3, -1)\) (układ oznaczony)
c) Układ równań: \(\begin{cases} y = x - 2 \\ y = -x + 4 \end{cases}\); rozwiązanie: \((x, y) = (3, 1)\) (układ oznaczony)
d) Układ równań: \(\begin{cases} y = -3x + 9 \\ y = x - 7 \end{cases}\); rozwiązanie: \((x, y) = (4, -3)\) (układ oznaczony)
e) Układ równań: \(\begin{cases} y = -\dfrac{1}{2}x + 1 \\ x + 2y = 2 \end{cases}\); nieskończenie wiele rozwiązań postaci \(\left(x, -\dfrac{1}{2}x + 1\right)\), gdzie \(x \in \mathbb{R}\) (układ nieoznaczony)
f) Układ równań: \(\begin{cases} y = x + 2 \\ y = x - 2 \end{cases}\); brak rozwiązań (układ sprzeczny)
b) Układ równań: \(\begin{cases} x = 3 \\ y = -x + 2 \end{cases}\); rozwiązanie: \((x, y) = (3, -1)\) (układ oznaczony)
c) Układ równań: \(\begin{cases} y = x - 2 \\ y = -x + 4 \end{cases}\); rozwiązanie: \((x, y) = (3, 1)\) (układ oznaczony)
d) Układ równań: \(\begin{cases} y = -3x + 9 \\ y = x - 7 \end{cases}\); rozwiązanie: \((x, y) = (4, -3)\) (układ oznaczony)
e) Układ równań: \(\begin{cases} y = -\dfrac{1}{2}x + 1 \\ x + 2y = 2 \end{cases}\); nieskończenie wiele rozwiązań postaci \(\left(x, -\dfrac{1}{2}x + 1\right)\), gdzie \(x \in \mathbb{R}\) (układ nieoznaczony)
f) Układ równań: \(\begin{cases} y = x + 2 \\ y = x - 2 \end{cases}\); brak rozwiązań (układ sprzeczny)
Zadanie 5
Rozwiąż układy równań metodą graficzną:
a) \(\begin{cases} (x+1)(x-2) + y = (x-1)^2 \\ 2x - y = 3 \end{cases}\)
b) \(\begin{cases} 10 - (3x-2)(3x+2) = 3y - (3x-1)^2 \\ 2x - y = -1 \end{cases}\)
a) \(\begin{cases} (x+1)(x-2) + y = (x-1)^2 \\ 2x - y = 3 \end{cases}\)
b) \(\begin{cases} 10 - (3x-2)(3x+2) = 3y - (3x-1)^2 \\ 2x - y = -1 \end{cases}\)
a) \(\begin{cases} x = 2 \\ y = 1 \end{cases}\) (punkt przecięcia prostych: \(P(2, 1)\))
b) \(\begin{cases} x = 1 \\ y = 3 \end{cases}\) (punkt przecięcia prostych: \(P(1, 3)\))
b) \(\begin{cases} x = 1 \\ y = 3 \end{cases}\) (punkt przecięcia prostych: \(P(1, 3)\))
