二元線性方程組

基礎

學會解兩個線性方程,用代入法和消元法。

適合:中四數學 · 單元:數與代數 · 建議學習路徑第 8/10 課

學完呢課,你會識:
  • 聯立方程有兩個變數
  • 代入法:一條表示一個變數,代入另一條
  • 消元法:乘適當數,加減消走一個變數
數學Mathematics
讀呢課前,你應該識: 等差與等比數列

1重點摘要 Summary

學會解兩個線性方程,用代入法和消元法。

2生字卡 Vocabulary

S
Simultaneous聯立

兩個方程一起成立,例如 x + y = 5 和 x - y = 1。

T
Two variables兩個變數

方程裡面有兩個不知數,例如 x 和 y。

S
Solve解方程組

找出 x 和 y 的值,令兩條方程都成立。

S
Substitution代入法

由一條方程表示一個變數,代入另一條。

E
Elimination消元法

將兩條方程乘適當數,加減消走一個變數。

C
Consistent有解

有交點,有答案。

I
Inconsistent無解

兩線平行,沒有交點。

C
Check驗算

將答案代入兩條方程,看看是不是都對。

3逐步講解 Steps

  1. 第一步:寫清楚兩條方程解二元線性方程組,先把兩條方程整齊寫出,各按 x、y 的次序排列,並在右邊標記 (1) 與 (2),方便之後引用。寫清楚編號看似小事,實際上能避免引用錯方程,尤其在代入與消元的過程中反覆使用兩式。若某條方程有括號或分數,應先展開與化簡。易錯位是兩條方程抄錯係數或符號,之後全部計算都會白費。
  2. 第二步:代入法改寫代入法的第一步是選一條方程,把其中一個變數用另一個變數表示,例如由 x + y = 5 得 x = 5 - y。選擇時挑係數簡單、最好是係數為 1 的變數,改寫時最不容易出錯。改寫的依據是等式兩邊減去相等的量後仍相等。易錯位是移項時忘記變號,例如把 x + y = 5 錯誤寫成 x = 5 + y。
  3. 第三步:代入得一元方程把改寫好的式子代入另一條方程,例如把 x = 5 - y 代入 x - y = 1,得到 (5 - y) - y = 1,兩個變數就此只剩一個 y,成為一元一次方程。核心思想是消元:用代入把兩個未知數化成一個。化簡與合併後解出 y = 2。易錯位是合併 y 項時符號出錯,例如把 (5 - y) - y 化簡錯成 5 - y + y。
  4. 第四步:代回求另一變數解出 y 之後,把 y 的值代回第二步的改寫式求 x,例如代入 x = 5 - y 得 x = 5 - 2 = 3。要代回改寫式而不是原方程,因為改寫式已經把 x 單獨表示出來,計算最直接,也不易再引入新錯誤。這樣一組 x 與 y 就是方程組的解。易錯位是把 y 的值代錯方程或符號抄錯,得到與驗算矛盾的結果。
  5. 第五步:消元法(加減法)當兩條方程的係數比較整齊時,加減消元法往往更快:先把同一變數在兩式中的係數變成相等或相反,方法是兩式各乘一個適當的數,再把兩式相加或相減消去該變數。例如 x + y = 5 與 x - y = 1 相加,y 項直接抵消,得 2x = 6,即 x = 3。易錯位是乘某式時漏乘右邊常數,或在係數一正一負時減錯符號。
  6. 第六步:驗算最後把求得的 x 與 y 同時代入兩條原方程檢驗,兩條都成立才算正確,只驗一條並不保險,因為代入過程的錯誤可能恰好滿足其中一條。以本例的 x = 3、y = 2 為例,兩條方程都成立,答案可靠。驗算只花十幾秒,卻能擋住大部分計算失誤。易錯位是代入化簡後的式子而非原方程,檢查不到抄錯的那一步。

4圖解 Diagrams

聯立方程:代入消元法 Substitution methody = 2x + 1 …… ①x + y = 7 …… ②① 代入 ②:x + (2x + 1) = 73x + 1 = 7 → x = 2代返 ①:y = 2(2) + 1 = 5答:x = 2,y = 5檢查:2 + 5 = 7 ✓|兩條直線嘅交點就係共同解——圖像法都搵到同一點揀方法:一條已經寫明 y= → 代入快;兩條都齊 → 加減消元快
圖 1:聯立方程代入法

5例題示範 Example

示例:解方程組 x + y = 5 ... (1),x - y = 1 ... (2)。

  1. 第一步:由方程 (1) 把 x 單獨表示,得 x = 5 - y,依據是等式兩邊減去 y 後仍然相等。
  2. 第二步:把 x = 5 - y 代入方程 (2),得 (5 - y) - y = 1,這一步用代入把兩個未知數化成一個。
  3. 第三步:化簡得 5 - 2y = 1,兩邊減 5 得 -2y = -4,再兩邊除以 -2 得 y = 2,每一步依據等式的性質進行。
  4. 第四步:把 y = 2 代回 x = 5 - y,得 x = 5 - 2 = 3,選擇代回改寫式是因為 x 已單獨在等號一邊。
  5. 第五步:驗算,把 x = 3、y = 2 代入 (1) 得 3 + 2 = 5,代入 (2) 得 3 - 2 = 1,兩條方程都成立,答案確認無誤。
  6. 答案:x = 3,y = 2。整個解法先用代入法把二元化成一元,解出 y 後代回改寫式求 x,最後把這一組值代入兩條原方程,兩條都成立,所以這就是方程組唯一的解;兩條直線的斜率不同,交點只有一個。

6常見錯誤 Mistakes

✗ ✗ 代入之後漏項:(5-y) - y = 5 - y
✓ ✓ 要展開全:5 - y - y = 5 - 2y!
✗ ✗ 解出 x 不記得找 y
✓ ✓ 兩個變數都要找齊!
✗ ✗ 答案不驗算
✓ ✓ 將答案代入兩條方程驗證先!
✗ ✗ 移項不轉符號:x + y = 5 寫成 y = 5 + x
✓ ✓ y 過去對面要變減:y = 5 - x。代入法第一步錯,之後就全錯,移完項代返原方程檢查一次穩陣好多!

75 題快測 Quick check

Q1x + y = 5,x - y = 1,y = ?

Q2解聯立方程有兩個方法:代入法和?

Q3兩條方程代表兩條直線,有交點即是?

Q4兩線平行即是?

Q5驗算答案要代入?

8重點回顧 Recap

  • 聯立方程有兩個變數
  • 代入法:一條表示一個變數,代入另一條
  • 消元法:乘適當數,加減消走一個變數
  • 兩個變數都要找齊
  • 答案一定要代入驗算

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