Ưu đãi 50% Tặng Sổ tay 9+ Toán Cấp 2!
100%
Chương I: Phương trình và hệ hai phương trình bậc nhất hai ẩn

Bài 2: Giải hệ hai phương trình bậc nhất hai ẩn

11 người đã học
Slide Giáo Viên

Bài 2: Giải hệ hai phương trình bậc nhất hai ẩn

Phương pháp thế, phương pháp cộng đại số và sử dụng máy tính cầm tay để giải hệ hai phương trình bậc nhất hai ẩn. Ý nghĩa hình học của hệ hai phương trình.

Khái niệm, thuật ngữ

  • • Phương pháp thế
  • • Phương pháp cộng đại số

Kiến thức, kĩ năng

Giải hệ hai phương trình bậc nhất hai ẩn bằng phương pháp thế, phương pháp cộng đại số hoặc sử dụng máy tính cầm tay (MTCT).

Tình huống mở đầu (SGK trang 11)

Một mảnh vườn được đánh thành nhiều luống, mỗi luống trồng cùng một số cây cải bắp. Hãy tính số cây cải bắp được trồng trên mảnh vườn đó, biết rằng:

  • Nếu tăng thêm 8 luống, nhưng mỗi luống trồng ít đi 3 cây cải bắp thì số cải bắp của cả vườn sẽ ít đi 108 cây;
  • Nếu giảm đi 4 luống, nhưng mỗi luống trồng tăng thêm 2 cây thì số cải bắp của cả vườn sẽ tăng thêm 64 cây.
Làm thế nào để tìm được chính xác số luống và số cây bắp cải trên mỗi luống ban đầu? Chúng ta cùng tìm hiểu các phương pháp giải hệ phương trình trong bài học này!
Bài toán thực tế vườn cải bắp
Hình minh họa: Bài toán tính số cây bắp cải trên mảnh vườn hình chữ nhật
1

Phương pháp thế

SGK trang 11 – 12
HĐ1 Làm quen với phương pháp thế

Cho hệ phương trình: \(\begin{cases} x + y = 3 \\ 2x - 3y = 1 \end{cases}\). Giải hệ phương trình theo hướng dẫn sau:

  1. Từ phương trình thứ nhất, biểu diễn \(y\) theo \(x\) rồi thế vào phương trình thứ hai để được một phương trình với một ẩn \(x\). Giải phương trình một ẩn đó để tìm giá trị của \(x\).
  2. Sử dụng giá trị tìm được của \(x\) để tìm giá trị của \(y\) rồi viết nghiệm của hệ phương trình đã cho.
Xem lời giải chi tiết

Bước 1: Từ phương trình thứ nhất \(x + y = 3\), ta biểu diễn \(y\) theo \(x\): \(y = 3 - x\).

Thế \(y = 3 - x\) vào phương trình thứ hai \(2x - 3y = 1\), ta được:

\(2x - 3(3 - x) = 1 \iff 2x - 9 + 3x = 1 \iff 5x = 10 \iff x = 2\)

Bước 2: Thay \(x = 2\) vào biểu thức \(y = 3 - x\), ta có: \(y = 3 - 2 = 1\).

⇒ Vậy hệ phương trình đã cho có nghiệm duy nhất là \((2; 1)\).

Cách giải hệ phương trình bằng phương pháp thế

Bước 1. Từ một phương trình của hệ, biểu diễn một ẩn theo ẩn kia rồi thế vào phương trình còn lại của hệ để được phương trình chỉ còn chứa một ẩn.

Bước 2. Giải phương trình một ẩn vừa nhận được, từ đó suy ra nghiệm của hệ đã cho.

Ví dụ 1 Giải hệ phương trình: \(\begin{cases} 2x - y = 3 \\ x + 2y = 4 \end{cases}\) bằng phương pháp thế.
Xem lời giải chi tiết

Từ phương trình thứ nhất của hệ ta có: \(y = 2x - 3\).

Thế vào phương trình thứ hai của hệ, ta được:

\(x + 2(2x - 3) = 4 \iff x + 4x - 6 = 4 \iff 5x = 10 \iff x = 2\)

Từ đó: \(y = 2 \cdot 2 - 3 = 1\).

⇒ Vậy hệ phương trình đã cho có nghiệm là \((2; 1)\).

Luyện tập 1 Giải các hệ phương trình sau bằng phương pháp thế:
a) \(\begin{cases} x - 3y = 2 \\ -2x + 5y = 1 \end{cases}\)
b) \(\begin{cases} 4x + y = -1 \\ 7x + 2y = -3 \end{cases}\)
Ghi nhớ: Tuỳ theo hệ phương trình, ta có thể lựa chọn cách biểu diễn \(x\) theo \(y\) hoặc biểu diễn \(y\) theo \(x\) sao cho việc tính toán thuận lợi nhất (hệ số là 1 hoặc -1).
Xem lời giải chi tiết

a) Giải hệ \(\begin{cases} x - 3y = 2 \quad (1) \\ -2x + 5y = 1 \quad (2) \end{cases}\):

Từ (1) suy ra: \(x = 3y + 2\). Thế vào (2) ta được:

\(-2(3y + 2) + 5y = 1 \iff -6y - 4 + 5y = 1 \iff -y = 5 \iff y = -5\)

Thay \(y = -5\) vào \(x = 3y + 2\), ta có: \(x = 3(-5) + 2 = -13\).

⇒ Hệ có nghiệm duy nhất là \((-13; -5)\).


b) Giải hệ \(\begin{cases} 4x + y = -1 \quad (1) \\ 7x + 2y = -3 \quad (2) \end{cases}\):

Từ (1) suy ra: \(y = -1 - 4x\). Thế vào (2) ta được:

\(7x + 2(-1 - 4x) = -3 \iff 7x - 2 - 8x = -3 \iff -x = -1 \iff x = 1\)

Thay \(x = 1\) vào \(y = -1 - 4x\), ta có: \(y = -1 - 4(1) = -5\).

⇒ Hệ có nghiệm duy nhất là \((1; -5)\).

Ví dụ 2 (Vô nghiệm) Giải hệ: \(\begin{cases} x - y = -2 \\ 2x - 2y = 8 \end{cases}\)
Xem lời giải chi tiết

Từ phương trình thứ nhất ta có \(x = y - 2\). Thế vào phương trình thứ hai, ta được:

\(2(y - 2) - 2y = 8 \iff 0y - 4 = 8 \quad (1)\)

Do không có giá trị nào của \(y\) thoả mãn hệ thức (1) nên hệ phương trình đã cho vô nghiệm.

Luyện tập 2 Giải hệ: \(\begin{cases} -2x + y = 3 \\ 4x - 2y = -4 \end{cases}\)
Xem lời giải chi tiết

Từ phương trình thứ nhất: \(y = 2x + 3\). Thế vào phương trình thứ hai:

\(4x - 2(2x + 3) = -4 \iff 4x - 4x - 6 = -4 \iff 0x = 2\) (vô lý)

⇒ Vậy hệ phương trình đã cho vô nghiệm.

Ví dụ 3 (Vô số nghiệm) Giải hệ: \(\begin{cases} -x + y = -2 \\ 3x - 3y = 6 \end{cases}\)
Xem lời giải chi tiết

Từ phương trình thứ nhất ta có \(y = x - 2\) (2). Thế vào phương trình thứ hai:

\(3x - 3(x - 2) = 6 \iff 0x = 0 \quad (3)\)

Ta thấy mọi giá trị của \(x\) đều thoả mãn (3). Với giá trị tuỳ ý của \(x\), giá trị tương ứng của \(y\) được tính bởi (2).

⇒ Hệ có vô số nghiệm là \((x; x - 2)\) với \(x \in \mathbb{R}\) tuỳ ý.

Luyện tập 3 Giải hệ: \(\begin{cases} x + 3y = -1 \\ 3x + 9y = -3 \end{cases}\)
Xem lời giải chi tiết

Từ phương trình thứ nhất suy ra: \(x = -1 - 3y\). Thế vào phương trình thứ hai:

\(3(-1 - 3y) + 9y = -3 \iff -3 - 9y + 9y = -3 \iff 0y = 0\) (luôn đúng)

⇒ Hệ có vô số nghiệm dạng \((-1 - 3y; y)\) với \(y \in \mathbb{R}\) tuỳ ý (hoặc \((x; -\frac{1}{3}x - \frac{1}{3})\) với \(x \in \mathbb{R}\)).

Vận dụng 1 Giải quyết bài toán trong tình huống mở đầu

Xét bài toán trong tình huống mở đầu. Gọi \(x\) là số luống trong vườn, \(y\) là số cây cải bắp trồng ở mỗi luống (\(x, y \in \mathbb{N}^*\)).

a) Lập hệ phương trình đối với hai ẩn \(x, y\).

b) Giải hệ phương trình nhận được ở câu a để tìm câu trả lời cho bài toán.

Xem lời giải chi tiết

Số cây bắp cải ban đầu của cả mảnh vườn là \(xy\) (cây).

  • Nếu tăng 8 luống và mỗi luống ít đi 3 cây thì số luống là \(x + 8\), số cây mỗi luống là \(y - 3\). Khi đó số cải bắp cả vườn ít đi 108 cây:
    \((x + 8)(y - 3) = xy - 108 \iff xy - 3x + 8y - 24 = xy - 108 \iff -3x + 8y = -84 \quad (1)\)
  • Nếu giảm 4 luống và mỗi luống tăng thêm 2 cây thì số luống là \(x - 4\), số cây mỗi luống là \(y + 2\). Khi đó số cải bắp cả vườn tăng thêm 64 cây:
    \((x - 4)(y + 2) = xy + 64 \iff xy + 2x - 4y - 8 = xy + 64 \iff 2x - 4y = 72 \quad (2)\)

a) Ta có hệ phương trình: \(\begin{cases} -3x + 8y = -84 \\ 2x - 4y = 72 \end{cases}\)

b) Từ phương trình (2) chia cả 2 vế cho 2: \(x - 2y = 36 \implies x = 2y + 36\).

Thế vào (1): \(-3(2y + 36) + 8y = -84 \iff -6y - 108 + 8y = -84 \iff 2y = 24 \iff y = 12\) (thoả mãn).

Từ đó: \(x = 2 \cdot 12 + 36 = 60\) (thoả mãn).

Tổng số cây bắp cải được trồng trên mảnh vườn là: \(xy = 60 \times 12 = 720\) (cây).

2

Phương pháp cộng đại số

SGK trang 13 – 14
HĐ2 Làm quen với phương pháp cộng đại số

Cho hệ phương trình: \(\begin{cases} 2x + 2y = 3 \\ x - 2y = 6 \end{cases}\). Ta thấy hệ số của \(y\) trong hai phương trình là hai số đối nhau (tổng của chúng bằng 0). Từ đặc điểm đó, hãy giải hệ phương trình theo hướng dẫn sau:

  1. Cộng từng vế của hai phương trình trong hệ để được phương trình một ẩn \(x\). Giải phương trình này để tìm \(x\).
  2. Sử dụng giá trị \(x\) tìm được, thay vào một trong hai phương trình của hệ để tìm giá trị của \(y\) rồi viết nghiệm của hệ phương trình đã cho.
Xem lời giải chi tiết

Bước 1: Cộng từng vế của hai phương trình trong hệ, ta được:

\((2x + x) + (2y - 2y) = 3 + 6 \iff 3x = 9 \iff x = 3\)

Bước 2: Thay \(x = 3\) vào phương trình thứ hai \(x - 2y = 6\), ta có:

\(3 - 2y = 6 \iff -2y = 3 \iff y = -1{,}5\)

⇒ Vậy hệ phương trình đã cho có nghiệm duy nhất là \((3; -1{,}5)\).

Cách giải hệ phương trình bằng phương pháp cộng đại số

Để giải một hệ hai phương trình bậc nhất hai ẩn có hệ số của cùng một ẩn nào đó trong hai phương trình bằng nhau hoặc đối nhau, ta có thể làm như sau:

Bước 1. Cộng hay trừ từng vế của hai phương trình trong hệ để được phương trình chỉ còn chứa một ẩn.

Bước 2. Giải phương trình một ẩn vừa nhận được, từ đó suy ra nghiệm của hệ phương trình đã cho.

Ví dụ 4 (Cộng vế) Giải hệ: \(\begin{cases} -2x + 5y = 12 \\ 2x + 3y = 4 \end{cases}\)
Xem lời giải chi tiết

Hệ số của \(x\) đối nhau (\(-2\) và \(2\)). Cộng từng vế hai phương trình ta được:

\(8y = 16 \iff y = 2\)

Thế \(y = 2\) vào phương trình thứ hai: \(2x + 3(2) = 4 \iff 2x = -2 \iff x = -1\).

⇒ Nghiệm của hệ là \((-1; 2)\).

Ví dụ 5 (Trừ vế) Giải hệ: \(\begin{cases} 5x - 7y = 9 \\ 5x - 3y = 1 \end{cases}\)
Xem lời giải chi tiết

Hệ số của \(x\) bằng nhau (\(5\)). Trừ từng vế của hai phương trình:

\((5x - 5x) + (-7y + 3y) = 9 - 1 \iff -4y = 8 \iff y = -2\)

Thế \(y = -2\) vào phương trình thứ nhất: \(5x - 7(-2) = 9 \iff 5x = -5 \iff x = -1\).

⇒ Nghiệm của hệ là \((-1; -2)\).

Luyện tập 4 Giải các hệ phương trình sau bằng phương pháp cộng đại số:
a) \(\begin{cases} -4x + 3y = 0 \\ 4x - 5y = -8 \end{cases}\)
b) \(\begin{cases} 4x + 3y = 0 \\ x + 3y = 9 \end{cases}\)
Xem lời giải chi tiết

a) Giải hệ \(\begin{cases} -4x + 3y = 0 \\ 4x - 5y = -8 \end{cases}\):

Cộng từng vế hai phương trình: \(-2y = -8 \iff y = 4\).

Thay \(y = 4\) vào phương trình đầu: \(-4x + 3(4) = 0 \iff -4x = -12 \iff x = 3\).

⇒ Nghiệm của hệ là \((3; 4)\).


b) Giải hệ \(\begin{cases} 4x + 3y = 0 \\ x + 3y = 9 \end{cases}\):

Trừ từng vế phương trình thứ nhất cho phương trình thứ hai: \(3x = -9 \iff x = -3\).

Thay \(x = -3\) vào phương trình thứ hai: \(-3 + 3y = 9 \iff 3y = 12 \iff y = 4\).

⇒ Nghiệm của hệ là \((-3; 4)\).

Chú ý: Trường hợp hệ số chưa bằng nhau hoặc chưa đối nhau

Trường hợp trong hệ phương trình đã cho không có hai hệ số của cùng một ẩn bằng nhau hay đối nhau, ta có thể đưa về trường hợp đã xét bằng cách nhân hai vế của mỗi phương trình với một số thích hợp (khác 0).

Ví dụ 6 Giải hệ: \(\begin{cases} 3x + 2y = 7 \\ 2x - 3y = -4 \end{cases}\)
Xem lời giải chi tiết

Nhân hai vế của phương trình thứ nhất với 3 và nhân hai vế của phương trình thứ hai với 2:

\(\begin{cases} 9x + 6y = 21 \\ 4x - 6y = -8 \end{cases}\)

Cộng từng vế: \(13x = 13 \iff x = 1\).

Thế \(x = 1\) vào phương trình đầu: \(3(1) + 2y = 7 \iff 2y = 4 \iff y = 2\).

⇒ Nghiệm của hệ là \((1; 2)\).

Luyện tập 5 Giải hệ: \(\begin{cases} 4x + 3y = 6 \\ -5x + 2y = 4 \end{cases}\)
Xem lời giải chi tiết

Nhân phương trình 1 với 2, phương trình 2 với 3 để khử \(y\):

\(\begin{cases} 8x + 6y = 12 \\ -15x + 6y = 12 \end{cases}\)

Trừ từng vế: \(8x - (-15x) = 12 - 12 \iff 23x = 0 \iff x = 0\).

Thay \(x = 0\) vào phương trình 1: \(3y = 6 \iff y = 2\).

⇒ Nghiệm của hệ là \((0; 2)\).

Ví dụ 7 (Vô số nghiệm) Giải hệ: \(\begin{cases} 3x - 5y = 2 \\ -6x + 10y = -4 \end{cases}\)
Xem lời giải chi tiết

Chia hai vế của phương trình thứ hai cho 2, ta được: \(-3x + 5y = -2\).

Cộng từng vế với phương trình đầu: \(0x + 0y = 0\) (luôn thoả mãn với mọi \(x, y\)).

Từ \(3x - 5y = 2 \implies y = \frac{3}{5}x - \frac{2}{5}\).

⇒ Hệ có vô số nghiệm là \((x; \frac{3}{5}x - \frac{2}{5})\) với \(x \in \mathbb{R}\).

Luyện tập 6 (Vô nghiệm) Giải hệ: \(\begin{cases} -0{,}5x + 0{,}5y = 1 \\ -2x + 2y = 8 \end{cases}\)
Xem lời giải chi tiết

Nhân hai vế của phương trình thứ nhất với 4: \(-2x + 2y = 4\).

Trừ từng vế cho phương trình thứ hai: \(0x + 0y = 4 - 8 = -4\) (vô lý).

⇒ Vậy hệ phương trình đã cho vô nghiệm.

3

Sử dụng máy tính cầm tay (MTCT)

SGK trang 15

Quy trình tìm nghiệm hệ phương trình bằng MTCT

Trước hết ta phải viết hệ phương trình cần tìm nghiệm dưới dạng chuẩn tắc: \[ \begin{cases} a_1x + b_1y = c_1 \\ a_2x + b_2y = c_2 \end{cases} \]

Ví dụ minh họa: Giải hệ \(\begin{cases} 2x + 3y - 4 = 0 \\ 5x + 6y - 7 = 0 \end{cases} \iff \begin{cases} 2x + 3y = 4 \\ 5x + 6y = 7 \end{cases}\)

Hệ số: \(a_1 = 2, b_1 = 3, c_1 = 4; a_2 = 5, b_2 = 6, c_2 = 7\).

  • Bước 1 (Chọn chức năng): Bấm MENU 9 1 2 (trên fx-580VN X) hoặc MODE 5 1 (trên fx-570VN Plus).
  • Bước 2 (Nhập hệ số): Bấm lần lượt: 2 = 3 = 4 = 5 = 6 = 7 =.
  • Bước 3 (Đọc kết quả): Bấm phím = màn hình hiện \(x = -1\), bấm tiếp = màn hình hiện \(y = 2\). Nghiệm là \((-1; 2)\).

• Nếu máy báo "Infinite Sol": Hệ phương trình có vô số nghiệm.

• Nếu máy báo "No-Solution": Hệ phương trình vô nghiệm.

Thực hành MTCT Dùng MTCT thích hợp để tìm nghiệm của các hệ phương trình sau:
a) \(\begin{cases} 2x + 3y = -4 \\ -3x - 7y = 13 \end{cases}\)
b) \(\begin{cases} 2x + 3y = 1 \\ -x - 1{,}5y = 1 \end{cases}\)
c) \(\begin{cases} 8x - 2y - 6 = 0 \\ 4x - y - 3 = 0 \end{cases}\)
Xem lời giải chi tiết

a) Nhập hệ số: \(a_1 = 2, b_1 = 3, c_1 = -4; a_2 = -3, b_2 = -7, c_2 = 13\).
⇒ Màn hình cho kết quả: \(x = 2; y = -4\). Nghiệm duy nhất là \((2; -4)\).

b) Nhập hệ số: \(a_1 = 2, b_1 = 3, c_1 = 1; a_2 = -1, b_2 = -1{,}5, c_2 = 1\).
⇒ Màn hình báo "No-Solution" ⇒ Hệ vô nghiệm.

c) Chuyển vế phương trình về dạng chuẩn: \(\begin{cases} 8x - 2y = 6 \\ 4x - y = 3 \end{cases}\).
⇒ Màn hình báo "Infinite Sol" ⇒ Hệ có vô số nghiệm.

Vận dụng 2 Bài toán thực tế pha chế dung dịch acid HCl (SGK trang 16)

Thực hiện lần lượt các yêu cầu sau để tính số mililít dung dịch acid HCl nồng độ 20% và số mililít dung dịch acid HCl nồng độ 5% cần dùng để pha chế 2 lít dung dịch acid HCl nồng độ 10%.

a) Gọi \(x\) là số mililít dung dịch acid HCl nồng độ 20%, \(y\) là số mililít dung dịch acid HCl nồng độ 5% cần lấy. Hãy biểu thị qua \(x\) và \(y\):

  • Thể tích của dung dịch acid HCl 10% nhận được sau khi trộn lẫn hai dung dịch acid ban đầu.
  • Tổng số mililít acid HCl nguyên chất có trong hai dung dịch acid này.

b) Sử dụng kết quả ở câu a, hãy lập một hệ hai phương trình bậc nhất với hai ẩn là \(x, y\). Giải hệ phương trình này để tính số mililít cần lấy của mỗi dung dịch acid HCl ở trên.

Xem lời giải chi tiết

Đổi đơn vị: \(2\text{ lít} = 2000\text{ ml}\).

a)

  • Thể tích dung dịch sau khi trộn là: \(x + y\) (ml).
  • Lượng acid HCl nguyên chất trong dung dịch 20% là \(0{,}2x\) (ml); trong dung dịch 5% là \(0{,}05y\) (ml). Tổng lượng acid nguyên chất là: \(0{,}2x + 0{,}05y\) (ml).

b) Lượng acid HCl nguyên chất trong 2 lít (2000 ml) dung dịch 10% là: \(2000 \times 10\% = 200\) (ml).

Ta có hệ phương trình: \(\begin{cases} x + y = 2000 \\ 0{,}2x + 0{,}05y = 200 \end{cases} \iff \begin{cases} x + y = 2000 \\ 4x + y = 4000 \end{cases}\)

Lấy phương trình dưới trừ phương trình trên: \(3x = 2000 \implies x = \frac{2000}{3} \approx 666{,}67\text{ ml}\).

Suy ra: \(y = 2000 - \frac{2000}{3} = \frac{4000}{3} \approx 1333{,}33\text{ ml}\).

⇒ Cần lấy khoảng \(666{,}7\text{ ml}\) dung dịch HCl 20% và \(1333{,}3\text{ ml}\) dung dịch HCl 5%.

Em có biết? Giải hệ phương trình bằng phương pháp hình học

SGK trang 17 – 18

Mỗi nghiệm của hệ hai phương trình bậc nhất hai ẩn \(\begin{cases} ax + by = c \\ a'x + b'y = c' \end{cases}\) là một toạ độ điểm chung của hai đường thẳng \(d_1: ax + by = c\) và \(d_2: a'x + b'y = c'\). Do đó số nghiệm của hệ chính là số giao điểm của hai đường thẳng đó:

1) Hai đường thẳng cắt nhau

Có đúng 1 điểm chung ⇒ Hệ có nghiệm duy nhất.

2) Hai đường thẳng song song

Không có điểm chung ⇒ Hệ vô nghiệm.

3) Hai đường thẳng trùng nhau

Có vô số điểm chung ⇒ Hệ có vô số nghiệm.

Ví dụ 1 (Hình 1.4 SGK trang 18): Cắt nhau tại điểm duy nhất

Hình 1.4: Hai đường thẳng cắt nhau tại điểm duy nhất M(2; 1)
Hình 1.4: Hai đường thẳng cắt nhau tại \(M(2; 1)\) — Hệ có nghiệm duy nhất

Hệ \(\begin{cases} 2x - y = 3 \\ x + 2y = 4 \end{cases}\) có hai đường thẳng cắt nhau tại \(M(2; 1)\) ⇒ Nghiệm duy nhất là \((2; 1)\).

Ví dụ 2 (Hình 1.5 SGK trang 18): Hai đường thẳng song song

Hình 1.5: Hai đường thẳng song song vô nghiệm
Hình 1.5: Hai đường thẳng song song \(d_1 \parallel d_2\) — Hệ vô nghiệm

Hệ \(\begin{cases} -x + y = 2 \\ -2x + 2y = 8 \end{cases}\) có hai đường thẳng phân biệt cùng hệ số góc \(k = 1\) nên \(d_1 \parallel d_2\) ⇒ Hệ vô nghiệm.