Układem równań nazywamy koniunkcję co najmniej dwóch równań.
Rozwiązanie układu równań
Definicja: Rozwiązanie układu równań
Rozwiązaniem układu równań nazywamy parę liczb spełniających każde równanie danego układu równań.
Wykres funkcji liniowej
Definicja: Wykres funkcji liniowej
Wykresem funkcji liniowej jest prosta o równaniu , gdzie .
Wykres funkcji kwadratowej
Definicja: Wykres funkcji kwadratowej
Wykresem funkcji kwadratowej jest krzywa o równaniu , gdzie . Krzywą tę nazywamy parabolą.
Przykład 1
Na rysunku przedstawione są wykresy równań oraz .
R1eExkB56mLlj
Grafika przedstawia układ równań z poziomą osią x od minus pięciu do pięciu i pionową osią y od minus dwóch do pięciu. Na płaszczyźnie znajdują się dwa wykresy. Pierwszy z nich to ukośna prosta o równaniu , która przecina oś x w punkcie początek nawiasu, minus 2, 0, zamknięcie nawiasu i oś y w punkcie początek nawiasu, 0, 2, zamknięcie nawiasu. Drugi wykres to parabola z ramionami skierowanymi do góry o równaniu , której wierzchołek znajduje się w punkcie początek nawiasu, minus 1, minus 1, zamknięcie nawiasu. Wykresy przecinają się w dwóch punktach, które zostały zaznaczone zamalowanymi kropkami. Współrzędne pierwszego punktu to początek nawiasu, minus 2, 0, zamknięcie nawiasu, a współrzędne drugiego punktu to początek nawiasu, 1, 3, zamknięcie nawiasu.
Widzimy, że wykresy te przecinają się w dwóch punktach, których współrzędne możemy odczytać z rysunku. Są to punkty oraz .
Współrzędne punktów przecięcia wykresów równań, są rozwiązaniami układu utworzonego przez te równania.
A zatem rozwiązaniem układu równań są dwie pary liczb oraz .
Przykład 2
Przedstawimy interpretację graficzną układu równań .
Rysujemy w układzie współrzędnych wykresy funkcji oraz .
RDRbZCxCIU91Q
Grafika przedstawia układ równań z poziomą osią x od minus pięciu do pięciu i pionową osią y od minus dwóch do czterech. Na płaszczyźnie znajdują się dwa wykresy. Pierwszy z nich to ukośna prosta o równaniu , która rozpoczyna się w drugiej ćwiartce , przecina oś y w punkcie początek nawiasu, 0, 3, zamknięcie nawiasu, następnie przecina oś x i w czwartej ćwiartce wychodzi poza płaszczyznę układu. Drugi wykres to parabola o ramionach skierowanych w dół równaniu . Wierzchołek paraboli znajduje się w drugiej ćwiartce układu współrzędnych. Wykresy nie mają punktów wspólnych.
Wykresy nie posiadają punktów wspólnych. Zatem na podstawie geometrycznej interpretacji układu równań widzimy, że nie posiada on rozwiązań.
Przykład 3
Przedstawimy interpretację graficzną układu równań .
Rysujemy w układzie współrzędnych wykresy funkcji oraz .
R1CMrmE3nQqnA
Grafika przedstawia układ równań z poziomą osią x od minus pięciu do pięciu i pionową osią y od minus trzech do trzech. Na płaszczyźnie znajdują się dwa wykresy. Pierwszy z nich to ukośna prosta o równaniu , która przecina oś x w punkcie początek nawiasu, minus 2, 0, zamknięcie nawiasu, a oś y w punkcie początek nawiasu, 0, minus 2, zamknięcie nawiasu. Drugi wykres to parabola o ramionach skierowanych do góry i równaniu . Wierzchołek paraboli znajduje się w trzeciej ćwiartce układu współrzędnych. Wykresy przecinają się w jednym punkcie, który został zaznaczony zamalowaną kropką. Współrzędne tego punktu to początek nawiasu, minus 2, 0, zamknięcie nawiasu.
Prosta i parabola mają dokładnie jeden wspólny punkt .
Stąd układ równańukład równańukład równań ma dokładnie jedno rozwiązanie .
Możemy zatem zauważyć, że prosta i parabola mogą mieć dwa punkty wspólne, jeden punkt wspólny lub nie mieć punktów wspólnych.
R1arCES8CETm5
Grafika przedstawia trzy rysunki, na których znajdują się układy równań z poziomą osią x i pionową osią y. Na płaszczyznach znajdują się po dwa wykresy. Pierwszy z nich to ukośna prosta podpisana literą g, a drugi ma kształt paraboli, której wierzchołek znajduje się w środku układu współrzędnych, a ramiona skierowane są do góry i jest podpisany literą f. Wykresy na pierwszym rysunku przecinają się w dwóch punktach. Wykresy na drugim rysunku przecinają się w jednym punkcie, a wykresy na trzecim rysunku nie mają punktów wspólnych.
Prostą, która przecina parabolę w dwóch punktach, nazywamy sieczną paraboli.
Prostą, która ma z paraboląparabolaparabolą dokładnie jeden punkt wspólny i nie jest równoległa do osi , nazywamy styczną do paraboli.
Przykład 4
Rozwiążemy metodą graficzną układ równańukład równańukład równań .
W układzie współrzędnych przedstawione są wykresy funkcji oraz .
R1SGlFCNz6a9U
Grafika przedstawia układ równań z poziomą osią x od minus sześciu do trzech i pionową osią y od minus czterech do pięciu. Na płaszczyźnie znajdują się dwa wykresy. Pierwszy z nich to wykres w kształcie litery V składający się z dwóch półprostych, ma on równanie . Ramiona litery V skierowane są do góry, a wierzchołek znajduje się w punkcie początek nawiasu, minus 2, 2, zamknięcie nawiasu. Drugi wykres to parabola o ramionach skierowanych do góry i równaniu . Wierzchołek paraboli znajduje się w punkcie początek nawiasu, minus 2, minus 4, zamknięcie nawiasu. Wykresy przecinają się w dwóch punktach, które zostały zaznaczone zamalowanymi kropkami. Współrzędne pierwszego punktu to początek nawiasu, minus 5, 5, zamknięcie nawiasu, a współrzędne drugiego punktu to początek nawiasu, 1, 5, zamknięcie nawiasu.
Wykresy przecinają się w dwóch punktach o współrzędnych oraz , a zatem układ równań ma dwa rozwiązania postaci oraz .
Przykład 5
Określimy liczbę rozwiązań układu równań , w zależności od parametru .
Wiemy, że punkt wspólny wykresów należy jednocześnie do paraboli i prostej. Spełniony jest zatem warunek
Znajdziemy , dla którego istnieje dokładnie jeden taki punkt. Taka sytuacja ma miejsce wtedy, gdy wyróżnik trójmianu jest równy zero.
A zatem prosta ma dokładnie jeden punkt wspólny z parabolą dla .
Naszkicujemy wykresy tych równań.
RX5EZpbaVLDpd
Grafika przedstawia układ równań z poziomą osią x od minus pięciu do pięciu i pionową osią y od minus jeden do czterech. Na płaszczyźnie znajdują się dwa wykresy. Pierwszy z nich to ukośna prosta o równaniu która zaczyna się w drugiej ćwiartce układu, przechodzi przez trzecią ćwiartkę i przecinając oś y w punkcie początek nawiasu, 0, minus 1, zamknięcie nawiasu. Drugi wykres to parabola o ramionach skierowanych do góry i równaniu . Wierzchołek paraboli znajduje się w czwartej ćwiartce. Wykresy przecinają się w jednym punkcie, który został zaznaczony zamalowaną kropką. Współrzędne tego punktu to początek nawiasu, minus 1, 2, zamknięcie nawiasu.
Proste są równoległe do narysowanej prostej, a w zależności od wartości parametru „przesuwają się” wzdłuż osi . Z własności funkcji liniowej wiemy, że proste będą przecinać oś w punkcie .
Zatem dla prosta nie będzie miała punktu wspólnego z parabolą , a dla prosta będzie miała dwa punkty wspólne z parabolą.