Системи рівнянь другого степеня
~20 хв · 8 розділів · 8 тестових запитань
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.
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
xз квадратного рівняння? Якщо підставитиy = 2уx² + y² = 13, отримаємоx² = 9, тобтоx = ±3. Пара(−3; 2)не задовольняє лінійне рівнянняx − 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.
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 = 0сума коренів дорівнюєS, 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.
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 значенняy, 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.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
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, боx₀ > 0. Якщо вписати лишеx₀ = −4, ігноруючиy₀, 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 кожнеyдає дваx, але дляy = −3маємо лише одинx.
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 випадкуa = 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.
Гублять одну з пар у симетричній системі. Для
x + y = 7,xy = 10записують 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 = 13після знаходженняy = 2підставляють у квадратне рівняння й отримуютьx = ±3, хочаx = 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, звідкиx² + 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 − 2два значенняy, але три розв’язки. Рахуй кількість пар(x; y), а не кількістьyчиx.У відповідь вписують x₀ замість x₀ + y₀ або беруть не ту пару. Уважно читай запитання: чи просять
x₀ + y₀, чиx₀ · y₀, чиx₀окремо. Якщо пар дві, умова обов’язково вказує, яку брати.При підстановці губляться дужки. Наприклад,
(y + 1)²записують якy² + 1, хоча правильноy² + 2y + 1. Завжди розкривай дужки за формулою скороченого множення.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
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.
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.
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.
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