Równania liniowe
1. Równania liniowe

Patrząc na wagę, która pozostaje w równowadze, możesz spróbować zgadnąć, ile waży jabłko. Co należy zrobić, aby przekonać się, czy mamy rację?
W przypadku równań, podobnie jak w wyrażeniach algebraicznych, można podstawiać liczby w miejsce niewiadomych. Otrzymane wówczas równości mogą być prawdziwe lub fałszywe. Jest to czasochłonne i czasami wymaga wielu prób, ale daje możliwość odgadnięcia rozwiązania.
Otaczający nas świat jest bardzo złożony, różnorodny i bogaty. Aby można było opisać, jak powiązane są ze sobą różne zjawiska, które obserwujesz wokół siebie, zapisać pewne zależności występujące w przyrodzie, medycynie czy życiu codziennym wygodnie jest posługiwać się równaniami.
Mrówka ważąca może podźwignąć listek o masie . Jaki ciężar możesz podnieść, jeżeli jesteś tak silny jak mrówka, a Twoja siła jest wprost proporcjonalna do masy ciała?
Odróżnisz równanie od wyrażenia algebraicznego.
Rozpoznasz równania pierwszego stopnia z jedną niewiadomą.
Porównasz zapis matematyczny równania z zapisem słownym.
Opiszesz za pomocą równania sytuację przedstawioną graficznie lub słownie.
Sprawdzisz, czy dana liczba jest rozwiązaniem równania.
Na wadze szalkowej zostały ułożone:
jedna cegła,
jeden odważniki -kilogramowy,
jeden odważniki -kilogramowy,
jeden odważniki -kilogramowy.
Wszystkie przedmioty zostały ułożone na wadze szalkowej, tak że waga pozostaje w równowadze. Na lewej szalce znalazła się cegła i odważnik , natomiast na prawej szalce odważniki i .
W sytuacji gdy waga pozostaje w równowadze masa przedmiotów umieszczonych po obu stronach wagi jest taka sama. Zatem masa jednej cegły i masa -kilogramowego odważnika równa jest masie -kilogramowego odważnika i masie -kilogramowego odważnika.
Jeżeli oznaczysz przez masę jednej cegły to odpowiednio masę przedmiotów umieszczonych na lewej i prawej szalce wagi przedstawimy za pomocą następujących wyrażeń algebraicznych: lewa strona wagi: , prawa strona wagi: .
Pamiętając o tym, że waga pozostaje w równowadze, możemy zapisać:
Taki zapis nazywamy równaniem, a występującą w nim szukaną wielkość nazywamy niewiadomą.
Równaniem nazywamy równość dwóch wyrażeń algebraicznych, z których w przynajmniej jednym występuje co najmniej jedna zmienna.
Szukaną wielkość nazywamy niewiadomą i oznaczamy zwykle małymi literami alfabetu np.:
Równaniem z jedną niewiadomą nazywamy równanie, w którym występuje dokładnie jedna niewiadoma.
Na przykład:
Równaniem pierwszego stopnia z jedną niewiadomą nazywamy równanie, w którym niewiadoma występuje w pierwszej potędze.
Na przykład:
W pewnym gospodarstwie wiejskim położonym w środkowej Polsce hodowane są gęsi. Właściciel hodowli jest również posiadaczem kilkunastu pięknych stróżujących psów portugalskich. Zwierzęta znajdujące się w tym gospodarstwie mają razem nóg i głów. Zapisz równanierównanie, dzięki któremu będzie można ustalić liczbę gęsi i psów w tym gospodarstwie.
Gęsi i psy mają razem głów.
Zatem jeżeli oznaczymy przez liczbę hodowanych gęsi w gospodarstwie, to liczbę psów portugalskich przedstawimy za pomocą wyrażenia algebraicznego .
Gęsi i psy mają razem nóg. Ponieważ każda gęś ma dwie nogi, to liczbę nóg wszystkich gęsi w tym gospodarstwie przedstawimy za pomocą wyrażenia algebraicznego
Ponieważ każdy pies ma cztery nogi, to liczbę nóg wszystkich psów w tym gospodarstwie przedstawimy za pomocą wyrażenia algebraicznego
Znając łączną liczbę nóg wszystkich zwierząt w tym gospodarstwie wiejskim, możemy zapisać równanie z jedną niewiadomą .
Rozwiązanie tego równania pozwoli ustalić liczbę gęsi i psów w tym gospodarstwie wiejskim.
RównanieRównanie można zapisać za pomocą proporcji.
Proporcja jest to równość dwóch ilorazów. Jeżeli ilorazy i dla i są równe to równość jest proporcją. Wyrazy i nazywają się skrajnymi, a wyrazy i środkowymi.
Iloczyn wyrazów skrajnych jest równy iloczynowi wyrazów środkowych.
Liczba spełnia dane równanie, jeżeli po podstawieniu jej w miejsce niewiadomej i wykonaniu działań po obu stronach równania, otrzymamy równość prawdziwą.
Podstawmy do lewej i prawej strony równania w miejsce niewiadomej liczbę , a następnie odpowiemy na pytanie, czy otrzymaliśmy równość prawdziwą czy fałszywą.
Po podstawieniu liczby w miejsce niewiadomej do lewej strony równania otrzymujemy wyrażenie:
Po podstawieniu liczby w miejsce niewiadomej do prawej strony równania otrzymujemy wyrażenie:
Lewa i prawa strona równania przyjmują dla równego różną wartość. Wynika stąd, że . Zatem po podstawieniu liczby do obu stron równania otrzymaliśmy równość fałszywą. Liczba nie spełnia tego równania.
Podstawmy do lewej i prawej strony równania w miejsce niewiadomej liczbę , a następnie odpowiemy na pytanie, czy otrzymaliśmy równość prawdziwą czy fałszywą.
Po podstawieniu liczby w miejsce niewiadomej do lewej strony równania otrzymujemy wyrażenie:
Po podstawieniu liczby w miejsce niewiadomej do prawej strony równania otrzymujemy wyrażenie:
Lewa i prawa strona równania przyjmują dla równego tą samą wartość. Wynika stąd, że . Zatem po podstawieniu liczby do obu stron równania otrzymaliśmy równość prawdziwą. Liczba spełnia to równanie.
Liczbę, która spełnia dane równanie nazywamy rozwiązaniem równania lub pierwiastkiem równania.
Zbiór wszystkich liczb spełniających dane równanie nazywamy zbiorem rozwiązań równania.
Czy rozwiązaniem równaniarozwiązaniem równania może być tylko jedna liczba?
Odpowiemy na to pytanie, analizując poniższy przykład.
Sprawdzimy, czy liczby , , , są pierwiastkami równaniapierwiastkami równania .
Podstawiając do równania w miejsce niewiadomej liczbę otrzymujemy:
Zatem , czyli liczba spełnia równanie.
Podstawiając do równania w miejsce niewiadomej liczbę otrzymujemy:
Zatem , czyli liczba spełnia równanie.
Podstawiając do równania w miejsce niewiadomej liczbę otrzymujemy:
Zatem , czyli liczba spełnia równanie.
Podstawiając do równania w miejsce niewiadomej liczbę otrzymujemy:
Zatem , czyli liczba spełnia równanie.
Liczby , , , spełniają równanie, zatem są pierwiastkami równania .
Pokazaliśmy, że równanie może mieć nawet cztery rozwiązania. Od czego zatem zależy liczba rozwiązań danego równania? Tego dowiesz się z późniejszych materiałów.
Infografiki
Poniżej przedstawiona jest infografika przedstawiająca klasyfikację równań ze względu na liczbę niewiadomych oraz stopień równania.
Infografika ma na celu sklasyfikowanie równań, ze względu na liczbę niewiadomych oraz stopień równania. Najpierw sprawdzamy ile niewiadomych występuje w równaniu. Na grafice występują równania z jedną niewiadomą oraz z więcej niż jedną niewiadomą. Rozpocznijmy od tych, w których występuje więcej niż jedna niewiadoma, są to: nawias, x, minus, a, plus, b, zamknięcie nawiasu, indeks górny, dwa, równa się, zero, x, plus, y, równa się, dwaoraz początek ułamka, x, mianownik, dwa, koniec ułamka, plus, początek ułamka, y indeks górny, dwa, mianownik, cztery, koniec ułamka, równa się, z. W drugiej grupie zwierającej równania z jedną niewiadomą przedstawiono aż sześć równań, są to: trzy x, plus, jeden, równa się, zero, nawias, x, plus, pięć, zamknięcie nawiasu, nawias, x, plus, pięć, zamknięcie nawiasu, równa się, dwadzieścia pięć, y indeks górny, sześć, plus, początek ułamka, y indeks górny, trzy, mianownik, trzy, koniec ułamka, równa się, trzy, nawias, pierwiastek kwadratowy z trzy a, minus, pierwiastek kwadratowy z dwa, zamknięcie nawiasu, nawias, pierwiastek kwadratowy z trzy a, plus, pierwiastek kwadratowy z dwa, zamknięcie nawiasu, równa się, zero, początek ułamka, t, mianownik, dwadzieścia pięć, koniec ułamka, plus, zero przecinek dwa pięć, równa się, zerooraz dwa a, minus, pierwiastek kwadratowy z dwa, równa się, pierwiastek kwadratowy z dwa, minus, dwa a. Równania o jednej niewiadomej zostały podzielone ze względu na stopień równania, zatem grupa pierwsza to równania o niewiadomej występującej w pierwszej potędze: trzy x, plus, jeden, równa się, zero, nawias, pierwiastek kwadratowy z trzy a, minus, pierwiastek kwadratowy z dwa, zamknięcie nawiasu, nawias, pierwiastek kwadratowy z trzy a, plus, pierwiastek kwadratowy z dwa, zamknięcie nawiasu, równa się, zero, początek ułamka, t, mianownik, dwadzieścia pięć, koniec ułamka, plus, zero przecinek dwa pięć, równa się, zero, dwa a, minus, pierwiastek kwadratowy z dwa, równa się, pierwiastek kwadratowy z dwa, minus, dwa a. W drugiej grupie znajdują się równania z jedną niewiadomą, ale nie będące równaniami pierwszego stopnia, czyli ich niewiadoma występuje w drugiej, trzeciej, czwartej lub wyższej potędze. W tej grupie znajdują się dwa równania takie jak: nawias, x, plus, pięć, zamknięcie nawiasu, nawias, x, plus, pięć, zamknięcie nawiasu, równa się, dwadzieścia pięćoraz y indeks górny, sześć, plus, początek ułamka, y indeks górny, trzy, mianownik, trzy, koniec ułamka, równa się, trzy.
Przeanalizuj przykład przedstawiony na infografice. Odpowiedz na pytanie, kiedy dana liczba spełnia równanie?
Sprawdź, czy liczba spełnia równanie .
Sprawdź, czy liczba spełnia równanie .
Zestaw ćwiczeń interaktywnych
Oznaczmy masę jabłka jako . Które z poniższych równań będzie wówczas opisywać sytuację przedstawioną na rysunku?
Na podstawie ilustracji uzupełnij równania.
Jeśli pole figury jest równe pięćdziesiąt sześć, to
a nawias, a, plus, dwa, zamknięcie nawiasu, plus 1. osiem, 2. a nawias, dwa a, plus, jeden, zamknięcie nawiasu, równa się, pięćdziesiąt sześć
Zapisz równanie do zadania o mrówce przedstawionego we wstępie lekcji. Czy potrafisz przewidzieć jaki ciężar podniesiesz, gdy poczujesz się wielką mrówką?
zet nawias, zet, plus, jeden, zamknięcie nawiasu, równa się, dwa zet, plus, dwa, przecinek, zet, równa się, dwa L 1. równa się, 2. równa się, 3. nie równa się, 4. nie równa się P
v indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, plus, dwa v, równa się, v, przecinek, v, równa się, minus, jeden L 1. równa się, 2. równa się, 3. nie równa się, 4. nie równa się P
cztery nawias x, plus, jeden zamknięcie nawiasu, minus, trzy, równa się, sześć, minus, x?
tak/nie
b) Czy liczba x, równa się, początek ułamka, jeden, mianownik, cztery, koniec ułamka jest rozwiązaniem równania
minus, dwa nawias, minus, osiem x, plus, jeden, zamknięcie nawiasu, równa się, dwa x, minus, dwa nawias x, minus, jeden zamknięcie nawiasu?
tak/nie
c) Czy liczba a, równa się, minus, jedenaście jest rozwiązaniem równania
minus, trzy nawias, a, minus, dwa, zamknięcie nawiasu, plus, trzy nawias, a, plus, jeden, zamknięcie nawiasu, równa się, minus, nawias, a, plus, dwa, zamknięcie nawiasu?
tak/nie
d) Czy liczba x, równa się, minus, jeden jest rozwiązaniem równania
początek ułamka, jeden, mianownik, trzy, koniec ułamka, x, plus, początek ułamka, trzy, minus, dwa x, mianownik, cztery, koniec ułamka, równa się, x, minus, początek ułamka, jeden, mianownik, dwa, koniec ułamka?
tak/nie
trzy x, minus, jeden, równa się, minus, x, plus 1. 2, 2. 4, 3. 5, 4. -2, 5. 1, x, równa się, początek ułamka, trzy, mianownik, dwa, koniec ułamka
minus, nawias x, plus 1. 2, 2. 4, 3. 5, 4. -2, 5. 1 równa się, minus, trzy x, plus, dwa, x, równa się, trzy
1. 2, 2. 4, 3. 5, 4. -2, 5. 1 razy, x, plus, pięć, równa się, dwadzieścia pięć, x, równa się, cztery
minus, nawias, x, minus, jeden, zamknięcie nawiasu, plus 1. 2, 2. 4, 3. 5, 4. -2, 5. 1 równa się, minus, dwa nawias x, plus, jeden zamknięcie nawiasu, x, równa się, minus, jeden
Słownik
równość dwóch wyrażeń algebraicznych, z których w przynajmniej jednym występuje co najmniej jedna zmienna
liczba, która spełnia dane równanie
liczba, po podstawieniu której w miejsce niewiadomej do danego równania otrzymamy równość prawdziwą
liczba, po podstawieniu której w miejsce niewiadomej do danego równania otrzymamy równość prawdziwą. Inna nazwa liczby spełniającej równanie.