🧩 Hệ Phương Trình

Tìm điểm chung của các phương trình

1. Định nghĩa

Một hệ phương trình là một tập hợp gồm hai hay nhiều phương trình có chung một tập hợp các ẩn số.

Giải một hệ phương trình là tìm một bộ giá trị của các ẩn số sao cho chúng đồng thời thỏa mãn TẤT CẢ các phương trình trong hệ. Bộ giá trị này được gọi là nghiệm của hệ.

Ví dụ, xét hệ phương trình bậc nhất hai ẩn $x$ và $y$:

$$ \begin{cases} x + y = 5 \\ 2x - y = 1 \end{cases} $$

Cặp số $(x, y) = (2, 3)$ là một nghiệm của hệ vì khi thay vào, cả hai phương trình đều đúng:

  • $2 + 3 = 5$ (Đúng)
  • $2(2) - 3 = 4 - 3 = 1$ (Đúng)

2. Các phương pháp giải hệ phương trình

Có ba phương pháp đại số chính để giải hệ phương trình bậc nhất hai ẩn:

a. Phương pháp Thế

Ý tưởng: Rút một ẩn từ một phương trình và thế vào phương trình còn lại.

  1. Từ một trong hai phương trình, biểu diễn một ẩn theo ẩn kia (ví dụ, rút $y$ theo $x$).
  2. Thế biểu thức vừa tìm được vào phương trình còn lại. Ta sẽ được một phương trình mới chỉ có một ẩn.
  3. Giải phương trình một ẩn này để tìm giá trị của nó.
  4. Thay giá trị vừa tìm được vào biểu thức ở bước 1 để tìm giá trị của ẩn còn lại.

Ví dụ: Giải hệ $\begin{cases} x + y = 5 \quad (1) \\ 2x - y = 1 \quad (2) \end{cases}$

  1. Từ (1), rút $y$ theo $x$: $y = 5 - x$.
  2. Thế $y = 5 - x$ vào (2): $2x - (5 - x) = 1$.
  3. Giải phương trình mới: $2x - 5 + x = 1 \implies 3x = 6 \implies x = 2$.
  4. Thay $x=2$ vào $y = 5 - x$, ta được $y = 5 - 2 = 3$.
  5. Vậy nghiệm của hệ là $(x, y) = (2, 3)$.

b. Phương pháp Cộng Đại số

Ý tưởng: Cộng hoặc trừ hai phương trình của hệ để làm triệt tiêu một trong hai ẩn.

  1. Nhân hai vế của một hoặc cả hai phương trình với các số thích hợp sao cho hệ số của một trong hai ẩn trong hai phương trình là hai số đối nhau (ví dụ: $2y$ và $-2y$).
  2. Cộng vế theo vế hai phương trình của hệ mới để được một phương trình một ẩn.
  3. Giải phương trình một ẩn này.
  4. Thay giá trị của ẩn vừa tìm được vào một trong hai phương trình ban đầu để tìm ẩn còn lại.

Ví dụ: Giải hệ $\begin{cases} 3x + 2y = 7 \quad (1) \\ 2x - 3y = -4 \quad (2) \end{cases}$

  1. Nhân (1) với 3 và nhân (2) với 2 để hệ số của $y$ đối nhau: $$ \begin{cases} 9x + 6y = 21 \\ 4x - 6y = -8 \end{cases} $$
  2. Cộng hai phương trình mới: $(9x+4x) + (6y-6y) = 21 + (-8) \implies 13x = 13 \implies x=1$.
  3. Thay $x=1$ vào (1): $3(1) + 2y = 7 \implies 2y = 4 \implies y=2$.
  4. Vậy nghiệm của hệ là $(x, y) = (1, 2)$.

c. Phương pháp Đặt ẩn phụ

Ý tưởng: Dùng cho các hệ phức tạp hơn, có thể đưa về dạng hệ phương trình bậc nhất hai ẩn bằng cách đặt ẩn phụ.

Ví dụ: Giải hệ $\begin{cases} \frac{1}{x} + \frac{1}{y} = \frac{1}{2} \\ \frac{2}{x} - \frac{3}{y} = \frac{1}{6} \end{cases}$

  1. Đặt $u = \frac{1}{x}, v = \frac{1}{y}$ (ĐK: $x, y \neq 0$). Hệ trở thành: $$ \begin{cases} u + v = \frac{1}{2} \\ 2u - 3v = \frac{1}{6} \end{cases} $$
  2. Giải hệ mới (bằng phương pháp thế hoặc cộng đại số), ta tìm được $u = \frac{1}{3}, v = \frac{1}{6}$.
  3. Trả lại biến cũ:
    • $u = \frac{1}{x} = \frac{1}{3} \implies x=3$.
    • $v = \frac{1}{y} = \frac{1}{6} \implies y=6$.
  4. Vậy nghiệm của hệ là $(x, y) = (3, 6)$.

3. Sai lầm thường gặp 🧐

  • Sai dấu khi nhân hoặc trừ: Khi nhân một phương trình với số âm hoặc khi trừ hai phương trình cho nhau, rất dễ bị sai dấu. Hãy kiểm tra cẩn thận.

  • Chỉ tìm một ẩn rồi dừng lại: Nghiệm của hệ phương trình (2 ẩn) là một cặp số $(x, y)$. Sau khi tìm được $x$, bạn phải tìm nốt $y$.

  • Quên điều kiện khi đặt ẩn phụ: Với các bài toán đặt ẩn phụ (như ví dụ với $\frac{1}{x}, \frac{1}{y}$), cần có điều kiện cho ẩn cũ ($x, y \neq 0$) và đôi khi cả ẩn mới.

  • Tính toán sai: Lỗi sai cơ bản nhất nhưng lại hay gặp nhất. Hãy luôn kiểm tra lại các phép tính cộng, trừ, nhân, chia của mình.

4. Bài tập cơ bản ✏️

Bài 1 (Phương pháp Thế)

Giải hệ phương trình: $ \begin{cases} y = 2x - 1 \\ x + y = 8 \end{cases} $

Đáp án:
Thế $y=2x-1$ vào phương trình thứ hai:
$x + (2x-1) = 8 \implies 3x = 9 \implies x=3$.
Thay $x=3$ vào $y=2x-1 \implies y = 2(3)-1 = 5$.
Nghiệm: $(x, y) = (3, 5)$.
Bài 2 (Phương pháp Cộng)

Giải hệ phương trình: $ \begin{cases} 2x + 3y = 12 \\ 2x - y = 4 \end{cases} $

Đáp án:
Lấy phương trình thứ nhất trừ đi phương trình thứ hai:
$(2x-2x) + (3y - (-y)) = 12 - 4 \implies 4y = 8 \implies y=2$.
Thay $y=2$ vào phương trình thứ hai: $2x - 2 = 4 \implies 2x = 6 \implies x=3$.
Nghiệm: $(x, y) = (3, 2)$.

5. Bài tập nâng cao 🚀

Bài 1: Giải bài toán bằng cách lập hệ

Tìm hai số biết rằng tổng của chúng bằng 59 và hai lần số này hơn ba lần số kia là 7.

Đáp án:
Gọi hai số cần tìm là $x$ và $y$. Ta có hệ:
$ \begin{cases} x + y = 59 \\ 2x - 3y = 7 \end{cases} $
Nhân phương trình đầu với 3: $3x+3y=177$.
Cộng với phương trình thứ hai: $(3x+2x) + (3y-3y) = 177+7 \implies 5x = 184 \implies x=36.8$.
$y = 59 - 36.8 = 22.2$.
Hai số đó là 36.8 và 22.2.
Bài 2: Hệ phương trình ba ẩn

Giải hệ phương trình: $ \begin{cases} x + y + z = 6 \\ 2x - y + z = 3 \\ x + 2y - 3z = -4 \end{cases} $

Đáp án:
1. Lấy PT(1) trừ PT(2): $(x-2x) + (y-(-y)) + (z-z) = 6-3 \implies -x+2y=3 \quad (*)$.
2. Nhân PT(2) với 3 rồi cộng với PT(3): $(6x+x) + (-3y+2y) + (3z-3z) = 9-4 \implies 7x-y=5 \implies y=7x-5$.
3. Thế $y=7x-5$ vào (*): $-x + 2(7x-5) = 3 \implies -x+14x-10=3 \implies 13x=13 \implies x=1$.
4. Tìm $y$: $y = 7(1)-5 = 2$.
5. Tìm $z$ từ PT(1): $1+2+z=6 \implies z=3$.
Nghiệm: $(x, y, z) = (1, 2, 3)$.