Перейти до основного вмісту
Каталог

Системи рівнянь другого степеня

~20 хв · 8 розділів · 8 тестових запитань

Рівняння, нерівності й системи
Математика НМТ

Частина кар’єрної траєкторії НМТ 2027: 3 обов’язкові + англійська мова.

Системи, у яких хоча б одне рівняння другого степеня: підстановка з лінійного рівняння, заміна u = x + y, v = xy для симетричних систем, визначення кількості розв'язків за перетином графіків і знаходження x₀ + y₀ чи x₀ · y₀ за умовою задачі.

Лінійне й квадратне рівняння: метод підстановки

Системою рівнянь другого степеня називають систему, у якій хоча б одне рівняння містить змінну в другому степені — x², y² або добуток xy. Наприклад, x² + y² = 13, xy = 6, y = x² − 3 — це рівняння другого степеня. Часто трапляється система з одного лінійного й одного квадратного рівняння. Основний спосіб розв’язати таку систему — метод підстановки.

Як працює підстановка

З лінійного рівняння виражають одну змінну через іншу, а потім підставляють цей вираз у квадратне рівняння. Отримують квадратне рівняння з однією змінною, розв’язують його, а другу змінну знаходять з того самого лінійного рівняння — не з квадратного!

Приклад: x − y = 1, x² + y² = 13

Маємо систему:

Крок 1. Виражаємо x з лінійного рівняння: x = y + 1.

Крок 2. Підставляємо в квадратне: (y + 1)² + y² = 13.

Крок 3. Розкриваємо дужки: y² + 2y + 1 + y² = 13, звідки 2y² + 2y − 12 = 0, або y² + y − 6 = 0.

Крок 4. Розв’язуємо квадратне рівняння: y = 2 або y = −3.

Крок 5. Для кожного y знаходимо x з лінійного рівняння x = y + 1: при y = 2 маємо x = 3; при y = −3 маємо x = −2.

Відповідь: дві пари (3; 2) і (−2; −3).

Чому не можна шукати x з квадратного рівняння? Якщо підставити y = 2 у x² + y² = 13, отримаємо x² = 9, тобто x = ±3. Пара (−3; 2) не задовольняє лінійне рівняння x − y = 1, бо −3 − 2 = −5 ≠ 1. Це зайва пара, яка з’являється, коли другу змінну беруть не з лінійного рівняння.

Приклад: y = x² − 2x і y = x + 4

Обидва рівняння виражають y, тому прирівнюємо праві частини:

Корені: x = 4 або x = −1. Підставляємо в лінійне рівняння y = x + 4: при x = 4 маємо y = 8; при x = −1 маємо y = 3. Відповідь: (4; 8) і (−1; 3).

Увага: читаймо запитання

Якщо в задачі просять знайти x₀ + y₀ «для розв’язку системи», а розв’язків два, то умова обов’язково уточнює, який саме: «у якому x₀ > 0», «у якому y₀ < 0», або просить суму для всіх пар. Ніколи не бери першу-ліпшу пару — прочитай умову до кінця.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Симетричні системи й заміна u = x + y, v = xy

Симетричною називають систему, яка не змінюється, якщо поміняти x і y місцями. Наприклад, x + y = 5, xy = 6 — симетрична система: після заміни x ↔ y отримуємо y + x = 5, yx = 6 — ті самі рівняння. Такі системи зручно розв’язувати через суму й добуток.

Заміна u = x + y, v = xy

Позначимо u = x + y, v = xy. Тоді x² + y² = (x + y)² − 2xy = u² − 2v. Ця тотожність — ключ до багатьох задач.

Приклад: x + y = 5, xy = 6

За оберненою теоремою Вієта, x і y є коренями квадратного рівняння t² − 5t + 6 = 0. Розв’язуємо: t = 2 або t = 3. Отже, маємо дві пари: (2; 3) і (3; 2).

Теореми Вієта немає в довідкових матеріалах НМТ, але її можна вивести з формули коренів квадратного рівняння. Вивчи її окремо: для t² − St + P = 0 сума коренів дорівнює S, добуток — P.

Приклад: x² + y² = 10, x + y = 4

Використовуємо тотожність: x² + y² = (x + y)² − 2xy. Підставляємо відомі значення:

Тепер маємо симетричну систему x + y = 4, xy = 3. Складаємо рівняння t² − 4t + 3 = 0, корені t = 1 і t = 3. Відповідь: (1; 3) і (3; 1).

Коли x і y шукати не треба

Іноді запитання звучить так: «Знайдіть x₀ · y₀, якщо (x₀; y₀) — розв’язок системи x + y = 5, x² + y² = 13». Тут не потрібно знаходити x і y окремо. Достатньо виразити добуток:

Відповідь: 6. Жодної пари шукати не довелося.

Властивість симетричних систем

Розв’язки симетричної системи завжди йдуть парами (a; b) і (b; a). Одна пара буває лише тоді, коли a = b. Наприклад, система x + y = 4, xy = 4 має єдиний розв’язок (2; 2), бо рівняння t² − 4t + 4 = 0 має один корінь t = 2.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Графічний зміст і кількість розв'язків

Кожне рівняння системи з двома змінними задає лінію на координатній площині. Розв’язки системи — це координати спільних точок цих ліній. Кількість розв’язків дорівнює кількості точок перетину графіків.

Які лінії трапляються

Рівняння

Графік

Приклад

ax + by = c

Пряма

2x − y = 1

y = ax² + bx + c

Парабола

y = x² − 3

x² + y² = r²

Коло з центром (0; 0), радіус r

x² + y² = 9

xy = k

Гіпербола

xy = 6

У довідкових матеріалах НМТ є рівняння кола з центром у точці (x₀; y₀) і радіусом R: (x − x₀)² + (y − y₀)² = R². Якщо центр у початку координат, воно має вигляд x² + y² = R², і тоді радіус — це квадратний корінь із правої частини.

Скільки може бути точок перетину

Пряма й коло перетинаються в 0, 1 або 2 точках. Парабола й коло — до 4 точок. Пряма й парабола — до 2 точок. Пряма й гіпербола — до 2 точок.

Приклад: x² + y² = 2, x + y = 2

Підставляємо y = 2 − x у рівняння кола:

Ділимо на 2: x² − 2x + 1 = 0. Дискримінант D = 4 − 4 = 0. Один корінь x = 1, тоді y = 1. Система має один розв’язок (1; 1) — пряма дотикається до кола.

Приклад: x² + y² = 4, y = x² − 2

Виражаємо x² = y + 2 з другого рівняння й підставляємо в перше:

Корені: y = 1 або y = −2. Для y = 1 маємо x² = 3, тобто x = ±√3 — дві точки. Для y = −2 маємо x² = 0, тобто x = 0 — одна точка. Усього три розв’язки.

Кількість розв’язків системи не дорівнює кількості значень y! Тут ми отримали два значення y, але розв’язків виявилося три. Завжди рахуй кількість пар (x; y), а не кількість значень однієї змінної.

Обидва рівняння квадратні

Коли обидва рівняння системи містять x² або y², можна виключити квадрати додаванням або підстановкою. У прикладі вище ми підставили x² = y + 2 — це й було виключення x². Інший спосіб: додати або відняти рівняння, щоб знищити x² чи y².

Рендеринг діаграми…

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Розбираємо завдання

Розгляньмо чотири типові задачі НМТ на системи рівнянь другого степеня. Кожна демонструє окремий прийом.

Приклад 1. Знайти x₀ + y₀ за умови x₀ < 0

Завдання. Нехай (x₀; y₀) — розв’язок системи 2x − y = 1, x² + y = 7, у якому x₀ < 0. Знайдіть x₀ + y₀.

Розв’язання. Виражаємо y з лінійного рівняння: y = 2x − 1. Підставляємо в квадратне:

Корені: x = 2 або x = −4. Для кожного знаходимо y з лінійного рівняння: y = 2·2 − 1 = 3 — пара (2; 3); y = 2·(−4) − 1 = −9 — пара (−4; −9). За умовою x₀ < 0, тому беремо другу пару. x₀ + y₀ = −4 + (−9) = −13.

Відповідь: −13.

Пастки. Якщо взяти пару (2; 3), сума буде 5 — це неправильно, бо x₀ > 0. Якщо вписати лише x₀ = −4, ігноруючи y₀, відповідь −4 теж не зарахується.

Приклад 2. Скільки розв’язків має система?

Завдання. Скільки розв’язків має система x² + y² = 9, y = x² − 3?

Варіанти відповіді: жодного, 1, 2, 3, 4.

Розв’язання. Виражаємо x² = y + 3 з другого рівняння й підставляємо в перше:

Корені: y = 2 або y = −3. Для y = 2 маємо x² = 5, тобто x = ±√5 — дві точки. Для y = −3 маємо x² = 0, тобто x = 0 — одна точка. Усього три розв’язки.

Відповідь: 3.

Пастки. Відповідь 2 — це кількість значень y, а не кількість пар. Відповідь 4 — помилка: вважають, що кожне y дає два x, але для y = −3 маємо лише один x.

Приклад 3. Укажіть усі розв’язки симетричної системи

Завдання. Укажіть усі розв’язки системи x + y = 7, xy = 10.

Варіанти відповіді: (2; 5); (5; 2); (2; 5) і (5; 2); (−2; −5) і (−5; −2); (1; 10) і (10; 1).

Розв’язання. За оберненою теоремою Вієта, x і y — корені рівняння t² − 7t + 10 = 0. Корені: t = 2 і t = 5. Отже, маємо дві пари: (2; 5) і (5; 2).

Відповідь: (2; 5) і (5; 2).

Пастка. Записати лише одну пару (2; 5) — найпоширеніша помилка. У симетричній системі завжди дві пари, крім випадку a = b.

Приклад 4. Знайти x₀ · y₀ без пошуку x і y

Завдання. Знайдіть x₀ · y₀, якщо (x₀; y₀) — розв’язок системи x² + y² = 20, x + y = 6.

Розв’язання. Використовуємо тотожність:

Відповідь: 8.

Пастка. Записати 16 — не поділити на 2 після 2xy = 16. Насправді обидві пари (2; 4) і (4; 2) дають той самий добуток 8, тому шукати пари не обов’язково.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Типові помилки й пастки

  • Гублять одну з пар у симетричній системі. Для x + y = 7, xy = 10 записують лише (2; 5), забуваючи про (5; 2). Правильно: завжди записуй обидві пари, крім випадку, коли корінь один.

  • Другу змінну знаходять з квадратного рівняння й отримують зайві пари. Наприклад, у системі x − y = 1, x² + y² = 13 після знаходження y = 2 підставляють у квадратне рівняння й отримують x = ±3, хоча x = 3 — єдине правильне. Другу змінну завжди бери з лінійного рівняння.

  • Вважають (x + y)² = x² + y², забуваючи доданок 2xy. Правильна тотожність: (x + y)² = x² + 2xy + y², звідки x² + y² = (x + y)² − 2xy. Запам’ятай її як таблицю множення.

  • Кількість розв’язків плутають з кількістю значень однієї змінної. У системі x² + y² = 4, y = x² − 2 два значення y, але три розв’язки. Рахуй кількість пар (x; y), а не кількість y чи x.

  • У відповідь вписують x₀ замість x₀ + y₀ або беруть не ту пару. Уважно читай запитання: чи просять x₀ + y₀, чи x₀ · y₀, чи x₀ окремо. Якщо пар дві, умова обов’язково вказує, яку брати.

  • При підстановці губляться дужки. Наприклад, (y + 1)² записують як y² + 1, хоча правильно y² + 2y + 1. Завжди розкривай дужки за формулою скороченого множення.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Як це перевіряють на НМТ

Тема «системи рівнянь, з яких хоча б одне рівняння другого степеня» входить до розділу 2.1 програми НМТ з математики (рівень стандарту). Це означає, що завдання на цю тему можуть з’явитися в будь-якому варіанті.

Формат завдань

Вибір однієї відповіді з п’яти (завдання 1–15). Пропонують вибрати кількість розв’язків, пару чисел або значення x₀ + y₀. Оцінюється в 0 або 1 бал.

Коротка відповідь (завдання 19–22, 0 або 2 бали без часткових). У відомих варіантах НМТ ці позиції займали інші теми, тож система другого степеня може з’явитися тут хіба що як частина задачі з параметром (№ 22). Відповідь — одне число, яке записують десятковим дробом.

Довідкові матеріали

На НМТ ти отримаєш довідкові матеріали, у яких є:

  • рівняння кола (x − x₀)² + (y − y₀)² = R²;

  • формула коренів квадратного рівняння ax² + bx + c = 0;

  • формули скороченого множення, зокрема (a + b)² = a² + 2ab + b².

Теореми Вієта в довідкових матеріалах немає. Її потрібно знати напам’ять або вміти виводити з формули коренів.

Стратегія

Кожну знайдену пару підстав в обидва рівняння системи. Це відсіює зайві пари (які з’явилися через помилку) і нагадує про загублені. Якщо пара задовольняє обидва рівняння — вона правильна. Якщо ні — шукай помилку в розв’язанні.

Перед тим як записати відповідь, перечитай запитання: чи просять x₀ + y₀, чи x₀ · y₀, чи просто кількість розв’язків? Чи є додаткова умова на знак x₀ чи y₀?

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Питання й відповіді

Чому в симетричній системі розв’язки йдуть парами (a; b) і (b; a)?

Симетрична система — це система, яка не змінюється, якщо поміняти x і y місцями. Якщо (a; b) — розв’язок, то після заміни x ↔ y пара (b; a) теж задовольняє систему, бо рівняння не змінилися. Виняток — коли a = b: тоді обидві пари збігаються.

З якого рівняння шукати другу змінну після підстановки?

Другу змінну завжди знаходять з лінійного рівняння, з якого виражали першу змінну. Якщо шукати її з квадратного рівняння, з’являться зайві корені (наприклад, x = ±3 замість x = 3). Лінійне рівняння дає однозначне значення.

Як знайти x² + y², знаючи лише x + y і xy?

За формулою: x² + y² = (x + y)² − 2xy. Якщо знаєш суму й добуток, підставляєш і обчислюєш. Наприклад, x + y = 5, xy = 6 → x² + y² = 25 − 12 = 13.

Як за графіками визначити кількість розв’язків системи?

Побудуй ескізи графіків обох рівнянь. Кількість точок перетину — це кількість розв’язків. Пряма й коло можуть мати 0, 1 або 2 спільні точки. Парабола й коло — до 4. Пряма й парабола — до 2. Якщо точний малюнок зробити важко, розв’яжи систему аналітично й порахуй кількість отриманих пар.

Що робити, якщо обидва рівняння системи квадратні?

Спробуй виключити одну змінну. Якщо обидва рівняння містять x² і y², можна додати або відняти рівняння, щоб знищити квадрати. Якщо одне рівняння дає змогу виразити x² (або y²), підстав цей вираз у друге рівняння. Приклад: x² + y² = 4 і y = x² − 2 → x² = y + 2 → підставляємо.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Коротко: головне

  • Лінійне + квадратне — вирази змінну з лінійного рівняння й підстав у квадратне.

  • Другу змінну шукай з лінійного рівняння, щоб не отримати зайвих пар.

  • Симетрична система: u = x + y, v = xy; x² + y² = u² − 2v; розв’язки парами (a; b) і (b; a).

  • Кількість розв’язків — кількість точок перетину графіків, а не кількість значень однієї змінної.

  • Кожну пару перевір в обох рівняннях і відповідай саме на запитання: x₀ + y₀ чи x₀ · y₀.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Самоперевірка

Перевірте себе на цьому юніті

Спробуйте ці 4 запитання — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.

1. Укажіть усі розв'язки системи $$ \begin{cases} x + y = 6, \\ xy = 8. \end{cases} $$

2. Нехай $(x_0; y_0)$ — розв'язок системи $$ \begin{cases} x^2 + y^2 = 25, \\ x - y = 1, \end{cases} $$ у якому $y_0 < 0$. Знайдіть $x_0 + y_0$.

3. Система рівнянь: $$ \begin{cases} x - y = 2, \\ x^2 + y^2 = 10. \end{cases} $$ Укажіть розв'язок цієї системи, у якому $x > 0$.

4. Скільки розв'язків має система $$ \begin{cases} x^2 + y^2 = 1, \\ y = x^2 ? \end{cases} $$

Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 8 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.

Приєднатися, щоб пройти тест