Chuyên đề 13. HỆ PHƯƠNG TRÌNH BẬC NHẤT NHIỀU ẨN A.KIẾN THỨC CẦN NHỚ
Hệ phương trình bậc nhất ba ẩn là hệ phương trình có dạng:
1 1 1 1
2 2 2 2
3 3 3 3
a x b y c z d a x b y c z d a x b y c z d
Điều kiện a a a b b b c c c1; 2; 3; ; ; ; ; ;1 2 3 1 2 3 không đồng thời bằng 0.
Để giải hệ phương trình bậc nhất ba ẩn, chúng ta thường dùng phương pháp thế, phương pháp cộng để giảm bớt ẩn. Đưa về hệ phương trình bậc nhất hai ẩn.
Tương tự như vậy, hệ phương trình bậc nhất n ẩn là hệ phương trình có dạng:
1 1 1 2 1 1
2 1 2 2 2 2
1 2
...
...
...
...
n n
n n n n n
a x b x c x d
a x b x c x d
a x b x c x d
Điều kiện a a1; 2;...;a b bn; ; ;...;1 2 bn;...; ; ;...;c c1 2 cn không đồng thời bằng 0.
Tương tự như trên, ta cũng làm giảm bớt số ẩn bằng cách dùng phương pháp thế, phương pháp cộng.
Tuy nhiên phụ thuộc vào mỗi bài, ta có những cách giải thích hợp và ngắn gọn.
B. Một số ví dụ
Ví dụ 1: Giải hệ phương trình sau:
11 (1)
2 5 (2)
3 2 14 (3)
x y z x y z
x y z
Giải
Tìm cách giải. Phương trình bậc nhất ba ẩn. Ta có thể khử bớt một ẩn để đưa về hệ phương trình bậc nhất hai ẩn bằng phương pháp cộng hoặc phương pháp thế:
Cách 1. Dùng phương pháp cộng để khử ẩn z, đưa về hệ phương trình hai ẩn x, y.
Cách 2. Từ phương trình (1) biểu diễn z theo x và y thế vào phương trình (2) và (3) ta cũng được hệ phương trình hai ẩn x, y.
Trình bày lời giải
Cách 1. Từ phương trình (1) và (2) ta có: x2y 6
Từ đó ta có hệ phương trình: 2 6 5 15 0
3 9 3 9 3
x y y x
x y x y y
Thay vào phương trình (1) ta tính được z8.
Vậy nghiệm của hệ phương trình là
x y z; ;
0;3;8 .
Cách 2. Từ phương trình (1) ta được : z11 x y.Thay vào phương trình (2) và (3) ta được :
2 11 5 2 6 2 6 0
3 2 11 14 2 3 4 2 6 3
x y x y x y x y x
x y x y x y x y y
Thay vào phương trình (1) ta tính được z8
Vậy nghiệm của hệ phương trình là
x y z; ;
0;3;8 .
Ví dụ 2: Giải hệ phương trình sau:
3 22 (1)
3 20 (2) 3 18 (3) x y z
x y z
x y z
Giải
Tìm cách giải. Ngoài cách giải như ví dụ 1. Quan sát đặc điểm các hệ số của mỗi phương trình, ta nhận xét rằng nếu cộng từng vế của ba phương trình, ta được phương trình mới có hệ số của ẩn giống nhau. Do vậy ta có lời giải hay và gọn hơn.
Trình bày lời giải
Từ các phương trình trên của hệ, ta cộng vế với vế ta được
5 x y z 60 x y z 12 (4)
Từ phương trình (4) thay vào các phương trình (1); (2); (3) ta được:
2 12 22 5
2 12 20 4
2 12 18 3
x x
y y
z z
Vậy nghiệm của hệ phương trình là
x y z; ;
5; 4;3 .
Ví dụ 3: Giả sử hệ phương trình:
4 3 12 1
3 10 5 1
x y z
x y z
Có nghiệm
x; y;z
. Chứng tỏ x y z không đổi (Thi HSG Toán lớp 9, TP. Đà Nẵng, Năm học 2009 – 2010)Giải
Cách 1:
1 3 4 12 (1)
4 3 12
10 3 6 30 (2) 3 10 5 1
x y z
x y z
x y z x y z
Từ phương trình (2) và (1), lấy vế trừ vế ta được:
187 18
7
x y z x y z không đổi.
Cách 2: Từ phương trình (1) ta có: z3x4y12 (3). Thế vào phương trình (2) ta được:
10x3y6. 3x4y12 30 10x 3y 18x 24y 72 30
102 21
28 21 102
28
x y x y
Thay vào (3) ta có: 3. 102 21
49 30 4 1228 28
y y
z y z
Xét 102 21 49 30 18
28 28 7
y y
x y z y không đổi.
Ví dụ 4: Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức A x 2y3zbiết x, y, z không âm và thỏa mãn hệ phương trình: 2 4 3 8
3 3 2
x y z
x y z
(Thi HSG Toán lớp 9, TP. Hồ Chí Minh, Năm học 2011 – 2012) Giải
Tìm cách giải: Từ giả thiết ta thấy hệ phương trình bậc nhất ba ẩn mà chỉ có hai phương trình, do đó hệ phương trình có vô số nghiệm. Suy luận, ta có thể coi một ẩn nào đó là tham số, biểu diễn hai ẩn còn lại theo tham số đó. Chẳng hạn biểu diễn x, y theo z. Cũng từ đó biểu thức A viết dưới dạng đa thức chứa z. Từ điểu kiện x, y, z không âm, ta xác định được miền giá trị của z.
Từ đó ta có lời giải sau:
Trình bày lời giải
Ta có: 2 4 8 3 (1) 3 2 3 (2)
x y z
x y z
Từ (2) ta có: y3z 2 3 .x Thay vào phương trình (1) ta được:
3
Do đó 9 3
3 2 2 .
2 2
y z z z
Kết hợp với
3 0
0 2
3 4
0 2 0 0 (3)
2 3
0 0
z x
y z z
z z
Suy ra: 3 3 15
- 2 3 2 2 3 4.
2 2 2
Ax y z z z z z
Kết hợp với (3) ta có: 15 15
4 .0 4 4
2 2
A z
Vậy giá trị nhỏ nhất của A là 4 khi z0,x0,y2;
C. Bài tập vận dụng
13.1. Giải hệ phương trình sau:
a)
2 3 4 (1) 3 2 2 3 (2) 5 4 9 (3)
x y z
x y z
x y
b)
2 3 5 0 (1) 2 5 4 3 0 (2) 3 4 2 7 0 (3)
x y z
x y z
x y z
c)
2 4 (1) 2 3 3 6 (2) 3 4 6 (3)
x y z
x y z
x y z
Hướng dẫn giải – đáp số
a) Từ phương trình (1) và (2) ta có 4 2 6 8
5 4 1
9 6 6 9
x y z
x y
x y z
Kết hợp với phương trình (3) ta có hệ phương trình:
5 4 1 10 10 1
5 4 9 5 4 9 1.
x y x x
x y x y y
Thay vào phương trình (1) ta tính được z1.
Vậy tập nghiệm của hệ phương trình là
x y z; ;
1;1;1 .
b) Từ phương trình (1) ta có: x2y3z5 thay vào phương trình (2), (3) ta được:
2. 2 3 5 5 4 3 0 2 7 3
2 7 8 2.
3. 2 3 5 4 2 7 0
y z y z y z y
y z z
y z y z
Từ phương trình (1) ta có: x2.3 3.2 5 5.
Vậy tập nghiệm của hệ phương trình là
x y z; ;
5;3; 2 .
c) Từ phương trình (1) ta có: x 4 y 2z thay vào phương trình (2), (3) ta được:
2. 4 2 3 3 6 5 2 1
4 2 10 3.
4 2 3 4 6
y z y z y z y
y z z
y z y z
Từ phương trình (1) ta có: x 4 1 2.( 3) 9.
Vậy tập nghiệm của hệ phương trình là
x y z; ;
9;1; 3 .
13.2. Giải hệ phương trình sau:
2 11 (1)
2 12 (2)
2 13 (3) 2 14 (4) x y z t
x y z t
x y z t
x y z t
Hướng dẫn giải – đáp số Từ các phương trình trên của hệ, ta cộng vế với vế ta được:
5 x y z t 50 x y z t 10 (5)
Từ phương trình (5) thay vào các phương trình (1), (2), (3), (4) ta được:
10 11 1
10 12 2
10 13 3.
10 14 4
x x
y y
z z
t t
Vậy nghiệm của hệ phương trình là
x y z t; ; ;
1; 2;3; 4 .
13.3. Giải hệ phương trình:
a)
4 (1) 8 (2) 12 (3) 16 (4) x y z t
x y z t x y z t x y z t
b)
8 (1) 6 (2) 4 (3) 2 (4)
x y z t y z t x z t x y t x y z
Hướng dẫn giải – đáp số a) Từ phương trình (1) và (2) cộng vế với vế: 2.
xy
12 x y 6.Từ phương trình (3) và (4) cộng vế với vế: 2.
xy
28 x y 14.Từ đó ta có hệ phương trình: 6 10
14 4
x y x
x y y
Thay vào phương trình (1) và (3) ta được:
6 4 2 2
14 12 2 0 .
z t z t z
z t z t t
Vậy nghiệm của hệ phương trình là:
x y z t; ; ;
10; 4; 2; 0 .
b) Từ hệ phương trình, cộng vế với vế ta được:
2 x y z t 20 x y z t 10 (*)
10 2 8 1
10 2 6 2
10 2 4 3.
10 2 2 4
t t
x x
y y
z z
Vậy nghiệm của hệ phương trình là:
x y z t; ; ;
2;3; 4;1 .
13.4. Giải hệ phương trình sau:
a)
6 (1) 9 (2) 12 (3) 10 (4)
8 (5) x y z
y z t z t u t u x u x y
b)
4 (1) 5 (2) 6 (3) 12 (4) 8 (5) x y z
y z t z t u t u x u x y
Hướng dẫn giải – đáp số a) Từ hệ phương trình đã cho, cộng vế với vế ta được:
3 x y z t u 45 x y z t u 15 (6) Từ (6) và (1) suy ra: 6 t u 15 t u 9 Thay vào (4) ta có: x1
Thay vào (3) ta có: z3 Thay vào (1) ta được: y2
Thay x1;z3 vào (3) ta được: t4 Thay z3;t4 vào (4) ta được: u5
Vậy nghiệm của hệ phương trình là:
x y z t u; ; ; ;
1; 2;3; 4;5 .
b) Từ hệ phương trình cộng vế với vế ta được:
35 (6) x y z t u
Từ phương trình (1) ta có: x y 4 z Từ phương trình (4) ta có: t u 12x
Thay vào phương trình (6) ta có: 4 z z 12 x 35 x 19 2 z Thay vào phương trình (1) ta có: 19 2 z y z 4 y 3z15 Thay vào phương trình (2) ta có: 3z15 z t 5 t 4z20 Thay vào phương trình (3) ta có: z4z20 u 6 u 5z26 Thay vào phương trình (4) ta có: 4z20 5 z26 19 2 z12 z 7 Từ đó ta tính được: x19 2 z5
3 15 6
y z
4.7 20 8
t
5.7 26 9
u
Vậy nghiệm của hệ phương trình là:
x y z t u; ; ; ;
5; 6; 7;8;9 .
13.5. Giải hệ phương trình sau:
a)
3 5 3 34 (1) 2 13 (2) 2 5 4 36 (3) 3 8 5 51 (4)
x y z t
x y z t
x y z t
x y z t
b)
10 (1) 2 6 (2) 3 6 (3) 2 2 13 (4) x y z t
x y z t
x y z t
x y z t
Hướng dẫn giải – đáp số a) Từ phương trình (1) và (2) ta có: 2y3z2t21 (5)
Từ phương trình (1) và (3) ta có: y t 2 (6) Từ phương trình (1) và (4) ta có: 3z2t17 (7)
Từ phương trình (6) y t 2 thay vào phương trình (5) ta được:
2 t2 3z2t213z4t25 (8)
Từ phương trình (7) và (8) ta có hệ phương trình :
3 2 17 3
3 4 25 4.
z t z
z t t
Từ đó ta tính được: y t 2 4 2 2.
Thay vào phương trình (1) ta có: x3.2 5.3 3.4 34 x 1.
Vậy nghiệm của hệ phương trình là:
x y z t; ; ;
1; 2;3; 4 .
b) Từ phương trình (1) và (2) ta có: y2z 4 (5)
Từ phương trình (1) và (3) ta có: 2y2t 4 y t 2 (6) Từ phương trình (1) và (4) ta có: 2y z t 3 (7)
Từ phương trình (5) y 2z4 thay vào phương trình (6):
2z 4 t 2 t 2z2 thay vào phương trình (7) ta có:
2 2z4 z 2z2 3 z 3
Từ đó ta tính được: y2.3 4 2; t2.3 2 4.
Thay vào phương trình (1) ta có: x 2 3 4 10 x 1.
Vậy nghiệm của hệ phương trình là:
x y z t; ; ;
1; 2;3; 4 .
a) 5 7 3
2 4 30
x y z
x y z
b)
2 1
3 4 7
4 3
x y z
x y z
Hướng dẫn giải – đáp số
a) Đặt
5 7 3
x y z
k suy ra x5 ; k y7 ; k z3k
Mà 2x y 4z30 nên 10k7k123015k 30 k 2
Vậy nghiệm của hệ phương trình là:
5.2 10 7.2 14.
3.2 6 x
y z
b) Đặt 2 1
3 4 7
x y z
k suy ra x3k2; y4k1; z7 .k Mà 4x y z 3 nên 4 3
k2
4k 1
7k 3 k 6.Suy ra
3.( 6) 2 16 y 4.( 6) 1 25 . z 7.( 6) 42 x
Vậy nghiệm của hệ phương trình là:
x y z; ;
16; 25; 42 .