这一招在做什么
含两个未知数、最高次数是二次的方程,图象是一条曲线:圆、抛物线、双曲线,或者干脆是直线。方程组的解,就是两条曲线的公共点。
最常见的一类:一个方程是一次的,另一个是二次的。办法和二元一次方程组一样——代入消元:
{2x−y=5x2+y2=10⇒x2+(2x−5)2=10
- 从一次方程里解出一个未知数(用另一个表示)。
- 代入二次方程,得到一个一元二次方程。它的判别式 Δ 决定解的个数。
- 解出这个未知数,再代回一次方程求另一个。
直线和二次曲线最多有两个公共点,所以这类方程组最多两组解。Δ>0 两组,Δ=0 一组(相切),Δ<0 没有。
跟着做一遍
例:解 2x − y = 5,x² + y² = 10
第 1 / 6 步 -
看结构 ① 是一次方程,图象是直线;② 是二次方程,图象是圆。我们要找的是直线和圆的公共点。
{2x−y=5x2+y2=10①②
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从一次方程里解出 y
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代入二次方程
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解出 x
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代回一次方程求 y
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写结论
对称的方程组:请韦达定理帮忙
有一类方程组长得特别整齐:把 x 和 y 对调,方程组不变。最基本的一个是
{x+y=sxy=p
两个数的和与积都知道了。韦达定理说:这两个数正是 t2−st+p=0 的两个根。所以不用代入,直接解这个一元二次方程就行。
先猜后证
方程组 x+y=4,xy=5 有几组实数解?
先选定答案,才能看到结论。
✓ 猜对了!✗ 和你想的不一样——这正是值得停一下的地方。
x、y 是 t2−4t+5=0 的两个根。判别式 Δ=16−20=−4<0,没有实数根,所以方程组没有实数解。
换个角度:和为 4 的两个实数,积最大是 2×2=4,到不了 5。在图上,直线 x+y=4 从双曲线 xy=5 的两支之间穿过去了。
把 p 调到 4:直线刚好与双曲线相切。再调到 3:解是 (1,3) 和 (3,1),互相对称。
注意对称方程组的解总是成对出现:(a,b) 是解,(b,a) 也一定是解。图上,它们关于直线 y=x 对称。
两个都是二次
两条二次曲线最多可以有四个公共点。这时没有现成的一次方程可以代入,要想办法造一个出来。
圆 x2+y2=25 和双曲线 xy=12:四个公共点。
一题多解
解方程组 x2+y2=25,xy=12。
配成完全平方
第一个方程加上第二个方程的 2 倍:x2+2xy+y2=49,即 (x+y)2=49,x+y=±7。
第一个方程减去第二个方程的 2 倍:(x−y)2=1,x−y=±1。
四种组合各是一个二元一次方程组:
- x+y=7,x−y=1:(4,3)
- x+y=7,x−y=−1:(3,4)
- x+y=−7,x−y=1:(−3,−4)
- x+y=−7,x−y=−1:(−4,−3)
代价要看得出 x²+y²±2xy 的结构,但算起来只有一次方程。
代入,变成双二次方程
由 xy=12 知 x=0,所以 y=x12。代入第一个方程:
x2+x2144=25 ⇒ x4−25x2+144=0把 x2 看成整体:(x2−9)(x2−16)=0,所以 x=±3 或 x=±4。
再由 y=x12 得四组解:(3,4)、(−3,−4)、(4,3)、(−4,−3)。
代价不用动脑筋找结构,但要解一个四次方程。
练一练
解方程组 x+y=5,xy=6。写出 x 的所有可能值。(用逗号隔开。)
提示 · 方向知道两个数的和与积,它们是哪个一元二次方程的根?
提示 · 方法x、y 是 t2−5t+6=0 的两个根。
提示 · 第一步t2−5t+6=(t−2)(t−3)。
完整解答两个根是 2 和 3,所以解是 (2,3) 和 (3,2)。x 可以是 2 或 3。
解方程组 y=x+1,x2+y2=13。写出 x 的所有可能值。
提示 · 方向第一个方程已经把 y 用 x 表示好了。
提示 · 方法把 y=x+1 代入第二个方程,得到关于 x 的二次方程。
提示 · 第一步x2+(x+1)2=13,展开得 2x2+2x−12=0,即 x2+x−6=0。
完整解答(x−2)(x+3)=0,x=2 或 x=−3。对应 y=3 或 y=−2,解是 (2,3) 和 (−3,−2)。
直线 y=x+m 与圆 x2+y2=8 只有一个公共点。求 m 的所有可能值。
提示 · 方向“只有一个公共点”对消元后的二次方程意味着什么?
提示 · 方法代入后得到关于 x 的二次方程,令它的判别式等于 0。
提示 · 第一步x2+(x+m)2=8,即 2x2+2mx+m2−8=0。
完整解答Δ=(2m)2−4⋅2⋅(m2−8)=−4m2+64。令 Δ=0,得 m2=16,m=4 或 m=−4。
解方程组 x2+y2=20,xy=8。写出 x 的所有可能值。
提示 · 方向两个方程都是二次的。x2+y2 再加上几个 xy 就成了完全平方?
提示 · 方法算出 (x+y)2 和 (x−y)2,开方后得到四个二元一次方程组。
提示 · 第一步(x+y)2=20+16=36,(x−y)2=20−16=4。
完整解答x+y=±6,x−y=±2。四种组合给出 (4,2)、(2,4)、(−2,−4)、(−4,−2)。所以 x 可以是 2、4、−2、−4。