Chuyên đề luyện thi học sinh giỏi và ôn thi vào 10 - Phần Đại số - Chuyên đề 11: Phương pháp giải hệ phương trình bậc nhất hai ẩn

Nội dung text: Chuyên đề luyện thi học sinh giỏi và ôn thi vào 10 - Phần Đại số - Chuyên đề 11: Phương pháp giải hệ phương trình bậc nhất hai ẩn

1. Chương 3. HỆ HAI PHƯƠNG TRÌNH BẬC NHẤT HAI ẨN Chuyên đề 11 PHƯƠNG PHÁP GIẢI HỆ PHƯƠNG TRÌNH BẬC NHẤT HAI ẨN A. Kiến thức cần nhớ 1. Quy tắc thế Quy tắc thế dùng để biến đổi một hệ phương trình thành một hệ phương trình tương đương. Quy tắc thế gồm hai bước sau: ● Bước 1: Từ một phương trình của hệ đã cho (coi là phương trình thứ nhất), ta biểu diễn một ẩn theo ẩn kia rồi thế vào phương trình thứ hai để được một phương trình mới (chỉ còn một ẩn) ● Bước 2: Dùng phương trình mới ấy để thay thế cho phương trình thứ hai trong hệ (phương trình thứ nhất cũng thường được thay thế bởi hệ thức biểu diễn một ẩn theo ẩn kia có được ở bước 1) 2. Tóm tắt cách giải hệ phương trình bằng phương pháp thế ● Dùng quy tắc để biến đổi hệ phương trình đã cho để được một hệ phương trình mới, trong đó có một phương trình một ẩn. ● Giải phương trình một ẩn vừa có, rồi suy ra nghiệm của hệ đã cho. 3. Quy tắc cộng đại số Quy tắc cộng đại số dùng để biến đổi một hệ phương trình thành hệ phương trình tương đương. Quy tắc cộng đại số gồm 2 bước sau: ● Bước 1: Cộng hay trừ từng vế hai phương trình của hệ phương trình đã cho để được một phương trình mới. ● Bước 2: Dùng phương trình mới ấy thay thế cho một trong hai phương trình của hệ (và giữ nguyên phương trình kia).
2. 4. Tóm tắt cách giải hệ phương trình bằng phương pháp cộng đại số ● Nhân hai vế của mỗi phương trình với một số thích hợp (nếu cần) sao cho các hệ số của một ẩn nào đó trong hai phương trình của hệ bằng nhau hoặc đối nhau. ● Áp dụng quy tắc cộng đại số để được hệ phương trình mới, trong đó có một phương trình mà hệ số của một trong hai ẩn bằng 0 (tức là phương trình một ẩn) ● Giải phương trình một ẩn vừa thu được rồi suy ra nghiệm của hệ đã cho 5. Phương pháp đổi biến B. Một số ví dụ 1 3 2 x y 2 Ví dụ 1: Giải hệ phương trình 2 1 11 x 2 y (Thi HSG Toán lớp 9, tỉnh Vĩnh Long, năm học 2012 -2013) Giải Tìm cách giải. Bài toán nếu quy đồng mẫu rồi khử mẫu của mỗi phương trình thì sẽ tạo ra phương trình bậc hai có hai ẩn nên khó giải. Quan sát kỹ đề bài, chúng ta thấy, hai phương trình có phần mẫu giống nhau. Do đó nên dùng phương pháp đặt ẩn phụ để đưa về hệ phương trình đơn giản hơn. Trình bày lời giải Điều kiện x 0 ; y 2 1 1 Đặt a ; b x y 2 a 3b 2 a 3b 2 a 5 Hệ phương trình có dạng 2a b 11 6a 3b 33 b 1
3. 1 5 1 1 x x x Suy ra 5 5 (TMĐK) 1 1 y 2 1 y 3 y 2 1 2 2y 4 3 x y 2 x 2y Ví dụ 2: Giải hệ phương trình x y 8 1 x y 2 x 2y (Tuyển sinh lớp 10, Đại học sư phạm TP Hồ Chí Minh, 2012 - 2013) Giải Tìm cách giải. Quan sát đề bài, chúng ta thấy cần dùng phương pháp đổi biến. Tuy nhiên các tử thức vẫn còn chứa ẩn, do đó chúng ta cần biến đổi tách phần nguyên trước khi đổi biến. Trình bày lời giải Điều kiện: x y 2 và x 2y 0 1 x 2y 4 3 x y 2 x 2y x y 8 1 x y 2 x 2y 1 4 1 4 1 3 2 x y 2 x 2y x y 2 x 2y 2 8 2 8 1 1 0 x y 2 x 2y x y 2 x 2y 1 1 Đặt u ; v x y 2 x 2y u 1 u 4v 2 u 4v 2 Hệ phương trình có dạng: 1 2u 8v 0 u 4v 0 v 4
4. 1 1 x y 2 x y 2 1 x y 3 x 2 Suy ra: (TMĐK) 1 1 x 2y 4 x 2y 4 y 1 x 2y 4 Vậy nghiệm của hệ phương trình là x;y 2;1 1 Ví dụ 3: Xác định hàm số f x biết f x 2. f x với x 0 x Giải Tìm cách giải. Bài toán này gọi là giải phương trình hàm. Ta cần chuyển về dạng giải hệ 1 phương trình. Từ đề bài chúng ta coi f x và f là ẩn thì ta đã có một phương trình. Để x 1 xuất hiện phương trình thứ hai, chúng ta nên đổi vai trò của biến bằng cách thay x bằng . x Từ đó ta có lời giải sau. Trình bày lời giải 1 1 1 Thay x bằng ta được f 2 f x x x x Từ đó ta có hệ phương trình: 1 1 f x 2 f x f x 2. f x x x 2 3 f x x 1 1 1 2 x f 2. f x 4. f x 2. f . x x x x 2 x2 f x 3x Ví dụ 4: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy cho ba điểm A 1;3 ; B 3; 1 ; C 3;5 . Chứng minh rằng ba điểm A, B, C thẳng hàng. Giải
5. Tìm cách giải. Trong mặt phẳng tọa độ, để chứng minh ba điểm thẳng hàng ta thực hiện: - Bước 1. Viết phương trình đường thẳng đi qua hai điểm. - Bước 2. Chứng tỏ tọa độ điểm thứ ba thỏa mãn phương trình vừa tìm được. Trình bày lời giải Đặt phương trình đường thẳng d đi qua hai điểm phân biệt A 1;3 vµ B 3; 1 là a b 3 4a 4 a 1 y ax b . Ta có: 3a b 1 3a b 1 b 2 Suy ra phương trình đường thẳng d là: y x 2 Xét x 3 y 3 2 5 C 3;5 thuộc đường thẳng d A, B, C thẳng hàng C. Bài tập vận dụng 2x 3 y 5 2 2 11.1. Giải hệ phương trình: y 5 2x 3 (Với x ;y 5 ) 3 3x 2y 19 (Thi học sinh giỏi toán 9, tỉnh Kiên Giang, năm học 2012 - 2013) Hướng dẫn giải – đáp số Áp dụng bất đẳng thức Cô-si cho vế trái của phương trình thứ nhất: 2x 3 y 5 2 dấu bằng chỉ xảy ra khi: y 5 2x 3 2x 3 y 5 2x 3 y 5 y 5 2x 3 2x 3 y 5 2x y 8 x 5 Hệ có dạng: 3x 2y 19 3x 2y 9 y 2. 11.2. Giải hệ phương trình:
6. 4 5 5 5x y 27 x y 1 y 2x 3 2 x 1 y 3 a) b) 3 1 7 2x 3y 4 x y 1 y 2x 3 5 x 1 y 3 3 y 1 x 2 y 1 c) x 2 5 x 2 y 1 3 Hướng dẫn giải – đáp số a) Điều kiện: x y 1; y 2x 3. 1 1 Đặt u; v. x y 1 y 2x 3 5 19 1 4u 5v 5 19u u 2 4u 5v 2 2 Hệ phương trình có dạng: 2 7 5 1 3u v 15u 5v 7 4u 5v v 5 2 10 1 1 10 x x y 1 2 x y 1 2 x y 3 3 Suy ra: (TMĐK) 1 1 y 2x 3 10 2x y 13 19 y y 2x 3 10 3 10 x 3 x 2 Vậy nghiệm của hệ phương trình là: 19 y 9 y 3 x y b) Điều Kiện: x 1; y 3. Đặt u; v. x 1 y 3 5u v 27 15u 3v 81 17u 85 u 5 Hệ phương trình có dạng: 2u 3v 4 2u 3v 4 5u v 27 v 2
7. x 5 5 x 1 x 5x 5 x Suy ra: 4 (TMĐK) y y 2y 6 2 y 6 y 3 5 x Vậy nghiệm của hệ phương trình là: 4 y 6 c) Điều kiện: x 2; y 1. 3 y 3 1 3 1 1 1 1 0 x 2 y 1 x 2 y 1 x 2 y 1 x 2 5 2 2 5 2 2 8 1 x 2 y 1 3 x 2 y 1 3 x 2 y 1 3 1 1 Đặt u; v. x 2 y 1 3u v 0 3u v 0 1 u Hệ phương trình có dạng: 8 4 3 2u 2v u v 3 3 v 1 1 1 x 2 3 x 2 3 x 1 Suy ra: (TMĐK) 1 y 1 1 y 2 1 y 1 1 2 3 x 1 y 2 11.3. Giải hệ phương trình 3x 4y 2 x 1 y 2 (Thi học sinh giỏi Toán 9, tỉnh Đồng Nai, năm học 2008 - 2009) Hướng dẫn giải – đáp số Điều kiện: x 1; y 2.
8. 1 2 1 2 1 2 3 3 3 x 1 y 2 x 1 y 2 x 1 y 2 3x 4y 3 8 3 8 2 3 4 2 5 x 1 y 2 x 1 y 2 x 1 y 2 1 2 Đặt u; v. x 1 y 2 u 2v 3 4u 8v 12 u 1 Hệ phương trình có dạng: 3u 8v 5 3u 8v 5 v 1 1 1 x 1 x 1 1 x 2 Suy ra: (TMĐK) là nghiệm của phương trình. 1 y 2 1 y 1 1 y 2 11.4. Trong mặt phẳng Oxy cho ba đường thẳng: d1 : 2x y 3 0 d2 :15x 3y 5 0 d3 : 3mx 3y 4m 15 0 a) Tìm m để 3 đường thẳng chỉ có một điểm chung b) Với giá trị m vừa tìm được hãy tính diện tích và chu vi tam giác tạo bởi d3 với các trục Ox;Oy . Hướng dẫn giải – đáp số 2x y 3 0 a) Tọa độ giao điểm d1 ; d2 là nghiệm của hệ phương trình 15x 3y 5 0 2 x 2x y 3 6x 3y 9 3 . 15x 3y 5 15x 3y 5 5 y 3
9. 2 5 Suy ra giao điểm của d1 ; d2 là M ; . 3 3 Ba đường thẳng d1 ; d2 ; d3 có một điểm chung 2 5 M d3 hay 3m. 3. 4m 15 0 m 5 3 3 b) Do đó đường thẳng d3 có phương trình là: 3.( 5)x 3y 4.( 5) 15 0 15x 3y 5 0. 5 5 d3 cắt trục tung tại điểm x 0 y A 0; . 3 3 1 1 d3 cắt trục hoành tại điểm y 0 x B ;0 . 3 3 26 Độ dài AB là: AB OA2 OB2 . 3 1 1 5 1 5 Suy ra diện tích ∆AOB là: S .OA.OB . . (đvdt) 2 2 3 3 18 5 1 26 6 26 Chu vi ∆AOB là: C OA OB AB (đvđd). 3 3 3 3 11.5. Xác định hàm số f x biết: f x x. f x x 1 Hướng dẫn giải – đáp số Thay x bằng x ta được : f x x. f x x 1 f x x. f x x 1 Từ đó ta có hệ phương trình : f x x. f x x 1 f x x. f x x 1 x2 1 . f x x2 1 2 2 x . f x x. f x x x
10. f x 1 a 1 x by 2a b 2 11.6. Cho hệ phương trình c 4 x cy 12b 4a 44 Tìm các số a, b, c để hệ phương trình có vô số nghiệm, trong đó có nghiệm x 1 và y 3 (Thi học sinh giỏi Toán 9, Tỉnh Hải Dương, năm học 2006 - 2007) Hướng dẫn giải – đáp số x 1; y 3 là nghiệm của hệ phương trình nên ta có : a 1 .1 3b 2a b 2 c 4 .1 3c 12b 4a 44 a 1 2b a 1 2b c 3b a 10 c 5b 9 Thay vào hệ phương trình ban đầu ta được : 1 2b 1 x by 2 1 2b b 2 5b 9 4 x 5b 9 y 12b 4 1 2b 44 2bx by 5b (1) 5b 13 x 5b 9 y 20b 40 • Trường hợp 1. Xét b 0 thì a 1;c 9 0.x 0.y 0 Hệ phương trình có dạng : 13x 9y 40 Hệ phương trình có vô số nghiệm. x R Tập nghiệm của hệ phương trình là : 40 13x y 9
11. • Trường hợp 2. Xét b 0 hệ phương trình 1 tương đương với : 2x y 5 5b 13 x 5b 9 y 20b 40 y 5 2x 5b 13 x 5b 9 5 2x 20b 40 y 5 2x 5b 5 x 5b 5 Hệ phương trình có vô số nghiệm khi b 1 Suy ra a 3;c 4 Vậy hệ phương trình có vô số nghiệm, trong đó có nghiệm x 1; y 3 khi a;b;c 1;0;9 ; 3; 1;4  11.7 Cho f x x 4 ax2 b . Tìm a và b để f x chia hết cho x2 3x 2 Hướng dẫn giải – đáp số Đặt thương của f x và x2 3x 2 là g x suy ra : f x x2 3x 2 g x x4 ax2 b x 1 x 2 g x với mọi x. • Chọn x 1 ta được : 1 a b 0 a b 1 • Chọn x 2 ta được : 16 4a b 0 4a b 16 a b 1 3a 15 a 5 Từ đó ta có hệ phương trình : 4a b 16 a b 1 b 4 11.8. Viết phương trình đường thẳng(d) biết(d) đi qua hai điểm: a) A 2;3 vµ B 1;4 b) A 3; 6 vµ B 2;4
12. c) A 4; 2 vµ B 1;3 Hướng dẫn giải – đáp số a) Đặt phương trình đường thẳng d là : y ax b Đường thẳng d đi qua hai điểm A 2;3 và B 1;4 nên ta có : 2a b 3 a 1 a 1 . a b 4 a b 4 b 5 Vậy phương trình đường thẳng d là : y x 5 b) Đặt phương trình đường thẳng d là : y ax b Đường thẳng (d) đi qua hai điểm A 3; 6 và B 2;4 nên ta có : 3a b 6 5a 10 a 2 . 2a b 4 2a b 4 b 0 Vậy phương trình đường thẳng d là : y 2x c) Đặt phương trình đường thẳng d là : y ax b Đường thẳng d đi qua hai điểm A 4; 2 và B 1;3 nên ta có : 4a b 2 5a 5 a 1 . a b 3 a b 3 b 2 Vậy phương trình đường thẳng (d) là : y x 2 11.9. Trong mặt phẳng tọa độ Oxy. Chứng minh rằng ba điểm A, B, C thẳng hàng trong trường hợp sau: b) A 1;1 ;B 0; 1 ;C 2;3 c) A 2;0 ;B 4; 1 ;C 2;2
13. Hướng dẫn giải – đáp số a) Đặt phương trình đường thẳng d đi qua hai điểm phân biệt A 1;1 và B 0; 1 là : a b 1 a 2 y ax b Ta có . 0.a b 1 b 1 Suy ra phương trình đường thẳng d là : y 2x 1. Xét x 2 y 2.2 1 3 C 2;3 thuộc đường thẳng d A,B,C thẳng hàng. b) Đặt phương trình đường thẳng (d) đi qua hai điểm phân biệt A 2;0 và B 4; 1 là : 1 2a b 0 2a 1 a y ax b Ta có 2 . 4a b 1 2a b 0 b 1 1 Suy ra phương trình đường thẳng d là : y x 1. 2 Xét x 2 y 1 1 2 C 2;2 thuộc đường thẳng d A,B,C thẳng hàng.