Do sada ste rešavali jednu jednačinu sa jednom nepoznatom. Sistem jednačina je situacija u kojoj imamo dve jednačine sa dve nepoznate (x i y), i tražimo parove (x,y) koji zadovoljavaju obe jednačine istovremeno.
Kada barem jedna od jednačina u sistemu sadrži nepoznate na kvadrat (ili u obliku xy), govorimo o sistemu kvadratnih jednačina. Rešenje se uvek zapisuje kao uređeni par(x,y), jer je bitno koji broj odgovara kojoj nepoznatoj.
Metod zamene je najosnovnija tehnika: iz jedne jednačine izrazimo jednu nepoznatu i zamenimo je u drugu jednačinu. To drugu jednačinu pretvara u jednačinu sa samo jednom nepoznatom, koju rešavamo kao kvadratnu.
Postupak:
Iz jednostavnije jednačine izrazi x (ili y).
Zameni taj izraz u drugu jednačinu.
Reši dobijenu kvadratnu jednačinu.
Za svako rešenje izračunaj odgovarajuću vrednost druge nepoznate.
Sistem:{x+2y=7xy=6
Iz prve jednačine: x=7−2y
Zamenjujemo u drugu:
(7−2y)y=6⟹7y−2y2=6⟹2y2−7y+6=0
D=49−48=1⟹y1,2=47±1
y1=2⟹x1=7−4=3
y2=23⟹x2=7−3=4
(x,y)∈{(3,2),(4,23)}
Uvek biramo onu jednačinu koja je linearna ili jednostavnija za izražavanje jedne promenljive. Ako jedna jednačina glasi x+y=k, iz nje odmah izrazimo x=k−y.
2. Metod sabiranja i oduzimanja
Ovaj metod se koristi kada se jednačine sistema mogu preoblikovati tako da se njihovim sabiranjem ili oduzimanjem eliminiše jedna nepoznata ili dobije jednostavniji izraz za dalje rešavanje.
Sistem:{x2+y2=2a2xy=−a2
Množimo drugu jednačinu sa 2 i sabiramo sa prvom:
x2+2xy+y2=2a2−2a2=0⟹(x+y)2=0⟹y=−x
Zamenjujemo y=−x u drugu jednačinu: x(−x)=−a2⟹x2=a2⟹x=±a
(x,y)∈{(a,−a),(−a,a)}
3. Smena unutar jedne jednačine sistema
Ponekad se u jednoj od jednačina sistema prepozna izraz koji se ponavlja, a kad ga zamenimo novom promenljivom t, tu jednačinu pretvara u kvadratnu.
Rešimo je po t i dobijemo dve vrednosti. Svaka od njih nam daje vezu između x i y, koju zatim kombinujemo sa drugom jednačinom sistema i rešavamo.
Sistem:{(x−y)2+4(x−y)=21xy=28
U prvoj jednačini se izraz x−y pojavljuje dva puta. Smena t=x−y:
t2+4t−21=0⟹t1=3,t2=−7
Slučaj 1 (x−y=3): izrazimo x=y+3 i zamenimo u xy=28:
y2+3y−28=0⟹y1=4,y2=−7
Rešenja: (7,4) i (−4,−7)
Slučaj 2 (x−y=−7): izrazimo x=y−7 i zamenimo u xy=28:
y2−7y−28=0⟹y3,4=27±161
Rešenja: (2−7+161,27+161) i (2−7−161,27−161)
4. Simetrični sistemi
Pogledajmo ovaj sistem:
{x2+y2=13x+y=5
Primetite nešto: ako bismo svuda zamenili x sa y i y sa x, sistem bi izgledao identično. Nije bitno koji broj zovemo x, a koji y, jednačine opisuju isti uslov za oba broja.
Takav sistem zovemo simetričan.
Simetrični sistemi se prepoznaju po tome što svaki izraz u njima ostaje isti ako zamenimo xiy.
Izrazi poput x2+y2, xy, x+y, x3+y3 su simetrični. S druge strane, x2−y nije simetričan jer posle zamene dobijamo y2−x, što nije isto.
Uvodimo smenu:
u=x+y,v=xy
i sistem prepisujemo kao dve jednačine po u i v, što je mnogo lakše rešiti.
Ključni identitet koji nam to omogućava je:
x2+y2=u2−2v
Odakle dolazi? Razvijamo (x+y)2=x2+2xy+y2, pa prenosimo 2xy i dobijamo x2+y2=(x+y)2−2xy=u2−2v.
Analogno za kubove: x3+y3=(x+y)3−3xy(x+y)=u3−3vu.
Poslednji korak je određivanje x i y: kada pronađemo u i v, znamo zbir i proizvod traženih brojeva. To znači da možemo da postavimo jednostavan sistem:
{x+y=uxy=v
i rešimo ga metodom zamene: iz prve jednačine y=u−x, zamenjujemo u drugu i dobijamo kvadratnu jednačinu po x.
Hajde da vidimo ceo postupak na jednostavnom primeru od početka:
Sistem:{x2+y2=13x+y=5
Uvodimo u=x+y i v=xy. Iz druge jednačine odmah znamo u=5.
Koristimo x2+y2=u2−2v u prvoj jednačini:
25−2v=13⟹v=6
Znamo zbir (u=5) i proizvod (v=6). Rešavamo sistem:
{x+y=5xy=6
Iz prve: y=5−x. Zamenjujemo u drugu:
x(5−x)=6⟹x2−5x+6=0⟹x1=2,x2=3
x1=2⟹y1=3,x2=3⟹y2=2
(x,y)∈{(2,3),(3,2)}
Sada primer gde u i v nisu odmah poznati i moramo rešiti sistem po njima:
Sistem:{x2+y2+xy=13x+y+xy=7
Smena u=x+y, v=xy. Koristimo x2+y2=u2−2v:
{u2−2v+v=13u+v=7⟹{u2−v=13v=7−u
Zamenjujemo v=7−u u prvu:
u2−(7−u)=13⟹u2+u−20=0
u1,2=2−1±9⟹u1=4,u2=−5
Za u1=4: v1=3. Rešavamo sistem {x+y=4,xy=3}:
y=4−x⟹x(4−x)=3⟹x2−4x+3=0⟹x1=1,x2=3
Rešenja: (1,3) i (3,1).
Za u2=−5: v2=12. Rešavamo sistem {x+y=−5,xy=12}:
y=−5−x⟹x(−5−x)=12⟹x2+5x+12=0
D=25−48=−23<0⟹nema realnih resˇenja
(x,y)∈{(1,3),(3,1)}
4.1 Složeniji simetrični sistemi
Ponekad su jednačine simetričnog sistema izražene kroz x3+y3 ili xy(x+y). I tada koristimo iste smene u i v i odgovarajuće identitete.
Sistem:{x3+y3=2xy(x+y)=2
Smena u=x+y, v=xy. Koristimo x3+y3=u3−3vu i xy(x+y)=vu:
{u3−3vu=2vu=2
Iz druge: vu=2. Zamenjujemo u prvu:
u3−3⋅2=2⟹u3=8⟹u=2
v=u2=22=1
Znamo zbir (u=2) i proizvod (v=1). Rešavamo sistem {x+y=2,xy=1}:
y=2−x⟹x(2−x)=1⟹x2−2x+1=0⟹(x−1)2=0⟹x=1
x=1⟹y=2−1=1
(x,y)=(1,1)
5. Homogena jednačina u sistemu
Jednačina je homogena ako su svi njeni članovi istog stepena po nepoznatim. Na primer, x2−3xy+2y2=0 je homogena drugog stepena jer svaki član ima zbir stepena po x i y jednak 2.
Homogenu jednačinu možemo rešiti na dva načina.
Način 1 - rešiti kao kvadratnu po x
Posmatramo homogenu jednačinu kao kvadratnu po x, gde y tretiramo kao koeficijent, i primenjujemo kvadratnu formulu.
Sistem:{x2−3xy+2y2=0x2−3x−y+3=0
Prva jednačina je homogena. Rešavamo je kao kvadratnu po x:
x=23y±9y2−8y2=23y±y
x1=2yilix2=y
Zamenjujemo svaku relaciju u drugu jednačinu sistema.
Slučaj 1 (x=2y):
4y2−7y+3=0⟹y1=1,y2=43
Rešenja: (2,1) i (23,43)
Slučaj 2 (x=y):
y2−4y+3=0⟹y3=3,y4=1
Rešenja: (3,3) i (1,1)
(x,y)∈{(2,1),(23,43),(3,3),(1,1)}
Način 2 — podeliti sa y2
Pretpostavljamo y=0 i delimo celu jednačinu sa y2. Svaki od tri člana postaje razlomak sa y2 u imeniocu, što nam omogućava da uvedemo smenu k=yx.
Time dobijamo kvadratnu jednačinu samo po k, bez x i y.
Rešenja k1 i k2 direktno daju relacije yx=ki, tj. x=kiy.
Sistem:{x2−3xy+2y2=0x2−3x−y+3=0
Prva jednačina je homogena. Delimo je sa y2 (pretpostavljamo y=0):
y2x2−3⋅yx+2=0
Smena k=yx:
k2−3k+2=0⟹(k−1)(k−2)=0⟹k1=2,k2=1
Odakle: yx=2⟹x=2y ili yx=1⟹x=y.
Zamenjujemo u drugu jednačinu sistema i dobijamo ista rešenja kao prvim načinom:
(x,y)∈{(2,1),(23,43),(3,3),(1,1)}
Ovaj način je često brži jer je jednačina po k čistija i nema y-ova u koeficijentima. Posebno se isplati kada su koeficijenti jednačine složeni.
6. Sistemi sa razlomcima
Kada sistem sadrži razlomke sa nepoznatima u imeniocu, neophodna su dva dodatna koraka u odnosu na standardni postupak:
Odrediti uslove definisanosti (imenilac =0)
Proveriti da li rešenja zadovoljavaju uslove definisanosti.
Sistem:⎩⎨⎧x−21+y+34=13x−2y−2=0
Uslovi definisanosti: x=2 i y=−3.
Iz linearne jednačine: y=23x−2. Zamenjujemo u prvu:
x−21+3x+48=1
Množimo sa (x−2)(3x+4):
3x+4+8(x−2)=(x−2)(3x+4)⟹3x2−13x+4=0
x1=4,x2=31
Oba zadovoljavaju x=2.
Računamo y:
y1=5,y2=−21
(x,y)∈{(4,5),(31,−21)}
Oba zadovoljavaju y=−3.
Pregled metoda
Šta vidim
Metod
Jedna jednačina je linearna
Zamena
Obe jednačine sadrže (x−y)2 ili sličan kvadrat
Sabiranje/oduzimanje
Obe jednačine su simetrične po x i y
Smena u=x+y, v=xy
Prva jednačina je homogena (x2−3xy+2y2=0)
Podeliti sa x2 (ili y2) ili rešiti celu jednačinu po x (ili y)