For the complete documentation index, see llms.txt. This page is also available as Markdown.

Метод заміни змінної

Інколи зручно зробити заміну змінних, але її вигляд залежить від конкретного прикладу.

Часто користуються заміною:

$$\begin{cases} x + y = u,\\ x\cdot y = v. \end{cases}$$

Приклад

Розв’язати систему рівнянь $$\begin{cases} x^2 + y^2 + x + y = 4,\\ x + y + xy = 3. \end{cases}$$

Розв’язок Вiдповiдь ПриховатиРозв’язок.Зробимо заміну змінних: $$\begin{cases} x + y = u,\\ x\cdot y = v. \end{cases}.$$Перетворимо вирази з лівої частини першого рівняння:$$x^2 + y^2 + x + y = x^2 + y^2 + 2xy - 2xy + x + y = (x + y)^2 + x + y - 2xy = u^2 + u - 2v.$$Тепер можна записати:$$\begin{cases} u^2 + u - 2v = 4,\\ u + v = 3. \end{cases}.$$Скористаємось методом додавання: помножимо друге рівняння на $$2$$ та додамо до першого:$$\begin{cases} u^2 + u - 2v = 4,\\ u + v = 3; \end{cases} \Longleftrightarrow \begin{cases} u^2 + u - 2v + 2(u + v)= 4 + 2\cdot3,\\ u + v = 3; \end{cases} \Longleftrightarrow \begin{cases} u^2 + 3u - 10= 0,\\ u + v = 3. \end{cases}$$Розв’яжемо перше рівняння та знайдемо $$u$$.За т. Вієта $$u_1 + u_2 = -3; u_1u_2 = -10.$$Ці умови задовольняють корені: $$u_1 = -5; u_2 = 2.$$Тепер потрібно розв’язати дві системи рівнянь:$$u = -5: \begin{cases} u = -5,\\ u + v = 3; \end{cases} \Longleftrightarrow \begin{cases} u = -5,\\ v = 8; \end{cases} \Longleftrightarrow \begin{cases} x + y = -5,\\ xy = 8. \end{cases}$$Тут можна скористатись методом підстановки, але простіше — згадати т. Вієта. Нехай $$t = x$$ та $$t = y$$ — корені квадратного рівняння:$$t^2 + 5t + 8 = 0.$$Шукаємо дискримінант: $$D = 5^2 - 4\cdot1\cdot8 = 25 - 32 = -7$$u = 2: \begin{cases} u = 2,\\ u + v = 3; \end{cases} \Longleftrightarrow \begin{cases} u = 2,\\ v = 1; \end{cases} \Longleftrightarrow \begin{cases} x + y = 2,\\ xy = 1. \end{cases}$$Тут також скористаємося т. Вієта, як і в попередньому випадку. Нехай $$t = x$$ та $$t = y$$ — корені квадратного рівняння:$$t^2 - 2t + 1 = 0 \Longleftrightarrow (t - 1)^2 = 0 \Longleftrightarrow t = 1.$$Маємо два рівних корені: $$t = x = y = 1.$$Відповідь. $$(1; 1).$$

Приклад

Розв’язати систему рівнянь: $$\begin{cases} x^4 + x^2 = 92 - y^4 - y^2,\\ x\cdot y = 4. \end{cases}$$

Розв’язок Вiдповiдь ПриховатиРозв’язок.Робимо рівносильні переходи:$$\begin{cases} x^4 + x^2 = 92 - y^4 - y^2,\\ x\cdot y = 4; \end{cases} \Longleftrightarrow \begin{cases} x^4 + y^4 + x^2 + y^2 = 92,\\ x\cdot y = 4. \end{cases}$$Зробимо заміну змінних: $$\begin{cases} x^2 + y^2 = u,\\ x\cdot y = v. \end{cases}$$Перетворимо вирази з лівої частини першого рівняння:$$x^4 + 2x^2y^2 + y^4 - 2x^2y^2 = (x^2 + y^2)^2 - 2x^2y^2 = u^2 - 2v^2.$$Тепер можна записати:$$\begin{cases} u^2 - 2v^2 + u = 92,\\ v = 3. \end{cases}$$Підставляємо $$v = 3$$ в перше рівняння:$$u^2 - 18 + u = 92 \Longleftrightarrow u^2 + u - 100 = 0.$$Шукаємо дискримінант: $$D = 1^2 - 4\cdot1\cdot(-110) = 441 > 0$$, отже, рівняння має два дійсних корені:$$u_1 = \dfrac{-1 + \sqrt{441}}{2} = 10; u_2 = \dfrac{-1 - \sqrt{441}}{2} = -11.$$Від’ємний корінь відкидаємо, бо $$u = x^2 + y^2 \geq 0$$ — завжди невід’ємна величина.В результаті:$$\begin{cases} u = 10,\\ v = 3; \end{cases} \Longleftrightarrow \begin{cases} x^2 + y^2 = 10,\\ xy = 3. \end{cases}$$Скористаємось методом додавання: помножимо друге рівняння на $$2$$, а тоді додамо і віднімемо від першого рівняння:$$\begin{cases} x^2 + y^2 = 10,\\ xy = 3; \end{cases} \Longleftrightarrow \begin{cases} x^2 + y^2 + 2xy = 10 + 2\cdot3,\\ x^2 + y^2 - 2xy = 10 - 2\cdot3; \end{cases} \Longleftrightarrow \begin{cases} (x + y)^2 = 16,\\ (x - y)^2 = 4; \end{cases} \Longleftrightarrow \begin{cases} |x + y| = 4,\\ |x - y| = 2. \end{cases}$$Потрібно розглянути чотири випадки:$$x + y > 0, x - y > 0$$: $$\begin{cases} x + y = 4,\\ x - y = 2. \end{cases}$$Складаємо та віднімаємо рівняння:$$\begin{cases} x + y = 4,\\ x - y = 2; \end{cases} \Longleftrightarrow \begin{cases} 2x = 6,\\ 2y = 2; \end{cases} \Longleftrightarrow \begin{cases} x_1 = 3,\\ y_1 = 1. \end{cases}$$$$x + y > 0, x - yСкладаємо та віднімаємо рівняння:$$\begin{cases} x + y = 4,\\ -x + y = 2; \end{cases} \Longleftrightarrow \begin{cases} 2x = 2,\\ 2y = 6; \end{cases} \Longleftrightarrow \begin{cases} x_2 = 1,\\ y_2 = 3. \end{cases}$$$$x + yСкладаємо та віднімаємо рівняння:$$\begin{cases} -x - y = 4,\\ -x + y = 2; \end{cases} \Longleftrightarrow \begin{cases} -2x = 6,\\ -2y = 2; \end{cases} \Longleftrightarrow \begin{cases} x_3 = -3,\\ y_3 = -1. \end{cases}$$$$x + y 0$$: $$\begin{cases} -(x + y) = 4,\\ x - y = 2. \end{cases}$$Складаємо та віднімаємо рівняння:$$\begin{cases} -x - y = 4,\\ x - y = 2; \end{cases} \Longleftrightarrow \begin{cases} -2x = 2,\\ -2y = 6; \end{cases} \Longleftrightarrow \begin{cases} x_4 = -1,\\ y_4 = -3. \end{cases}$$Відповідь. $$\{(3; 1), (1; 3), (-3; -1), (-1; -3)\}.$$

Якою заміною доречно скористатись під час розв’язання системи рівнянь? $$\begin{cases}x^2-y^2=1, \\ x^2+y^2-2xy=1. \end{cases}$$ $$u=x^2, v=y^2$$ $$u=x^2-y^2, v=x^2+y^2$$ $$u=x+y, v=x-y$$ $$u=x^2+xy, v=y^2+xy$$

Last updated

Was this helpful?