联立方程是指两个或多个方程需要一起求解,因为同一组未知数的取值必须同时满足所有方程。在常见的代数情形中,你通常要解两个含两个变量的一次方程,找出一个有序数对 (x,y)(x, y),使这两个方程都成立。

两种主要方法是代入法和消元法。如果某个变量已经被单独表示出来,代入法通常更快。如果把两个方程相加或相减后某个变量会被消去,消元法通常更快。

联立方程的解是什么意思

每个方程都对同一组未知数提出一个条件。只有同时满足所有条件的结果才是解,而不是只满足其中一个方程。

对于一次方程组,你也可以把解看成两条直线的交点。如果两条直线相交一次,就有一个解。如果它们平行,就没有解。如果它们是同一条直线,就有无穷多个解。

什么时候用代入法,什么时候用消元法

当某个变量已经单独在等号一边,或者稍微整理一下就能单独表示出来时,用代入法更合适。例如,y=10xy = 10 - x 就很容易代入另一个方程。

当通过把方程相加或相减可以消去一个变量时,用消元法更合适。尤其是当系数已经相等或互为相反数时,这种方法会特别高效。

这两种方法并没有哪一种更“正确”。实际要考虑的是,哪一种能更快得到一个简洁的方程。

例题:解一组联立方程

求解

x+y=10x + y = 10

2xy=22x - y = 2

方法 1:消元法

这个方程组很适合用消元法,因为 yy 项互为相反数。

把两个方程相加:

(x+y)+(2xy)=10+2(x + y) + (2x - y) = 10 + 2

所以

3x=123x = 12

得到

x=4x = 4

现在把 x=4x = 4 代入 x+y=10x + y = 10

4+y=104 + y = 10

所以

y=6y = 6

解为

(x,y)=(4,6)(x, y) = (4, 6)

方法 2:代入法

从第一个方程开始:

x+y=10x + y = 10

整理成一个变量为主语的形式:

y=10xy = 10 - x

把它代入第二个方程:

2x(10x)=22x - (10 - x) = 2

现在化简:

2x10+x=22x - 10 + x = 2 3x10=23x - 10 = 2 3x=123x = 12 x=4x = 4

然后利用 y=10xy = 10 - x

y=104=6y = 10 - 4 = 6

所以解仍然是

(x,y)=(4,6)(x, y) = (4, 6)

两种方法都会得到同一个有序数对,因为它们解的是同一个方程组。选择哪一种方法,关键在于效率,而不是正确性。

在两个方程中检验答案

把这个数对代入原来的两个方程进行检验:

4+6=104 + 6 = 10

以及

2(4)6=86=22(4) - 6 = 8 - 6 = 2

两个方程都成立,所以这个解是正确的。

联立方程中的常见错误

只求出一个变量

如果题目要求的是整个方程组的解,只求出 xx 还不够。通常你需要写出完整的数对。

漏掉负号

无论是在整理方程还是代入时,符号错误都很常见。在上面的例子中,2x(10x)2x - (10 - x) 必须化成 2x10+x2x - 10 + x,而不是 2x10x2x - 10 - x

机械地选择方法

如果某个变量已经被单独表示出来,代入法可能更快。如果系数本来就能直接消去,消元法可能更简洁。选择更容易的路线可以减少出错。

跳过检验

错误答案看起来也可能很整齐。把结果代回两个方程检验,是发现失误最快的方法之一。

联立方程的应用场景

在学校数学中,联立方程常见于代数、图像题,以及涉及总数、差值、价格或混合问题的应用题。更广泛地说,只要两个关系必须同时对同一组未知量成立,就会用到联立方程。

一次方程组通常是最先学习的情况,但同样的思想也可以推广到更大的方程组以及非线性方程。

试试类似的问题

求解

x+y=13x + y = 13

3xy=73x - y = 7

先用消元法求解。然后再用代入法解同一个方程组,并检查两种方法是否得到同一个有序数对。如果你还想继续练习,可以试着改变常数项,看看哪一种方法会变得更快。

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