第一節 聯立二元一次方程
聯立二元一次方程

在初中時,我們已學過如何求解聯立二元一次方程

\begin{cases} A_1x+B_1y+C_1 = 0 \\ A_2x+B_2y+C_2 = 0 \end{cases}

我們現在重溫一下求解這類方程的兩種方法,分別是圖解法代數方法

例子:利用圖解法,解聯立方程

\begin{cases} x + y + 2 = 0 \\ 3x+y-2 = 0 \end{cases}

我們可按照以下步驟進行圖解法:

  1. 首先畫出一次方程\(\;x+y+2=0\;\)和\(\;3x+y-2=0\;\)的圖像。附圖中,藍色直線是\(\;x+y+2=0\;\)的圖像,而綠色直線則是\(\;3x+y-2=0\;\)的圖像。

  2. 兩個圖像的交點就是聯立方程的解。在此題中,我們可讀出方程的解為\(\;(x,y)=(2.00,-4.00)\)。

注意

  1. 以圖解法求得的解都只是近似值,如上例中,我們不能用圖解法判斷聯立方程的準確解就是\(\;(x,y)=(2,-4)\)。要求得聯立方程的準確解,需使用下面介紹的代數方法。

  2. 在這裡我們使用電腦畫圖和讀取近似值,在現實中,圖解法的準確度會受方格紙的格線和所畫圖像的準確度影響。

  3. 如果用幾何角度去看這個問題,求解二元一次聯立方程就等價於求兩條直線交點的坐標,而交點的數量和特性可從該兩條直線的幾何性質得知。這將會是下一節的主要內容。

以代數方法解聯立二元一次方程的方法包括:

  1. 代入消元法

  2. 加減消元法(高斯消元法)

例子:解聯立方程

\[\begin{cases} \phantom{x+y+2=0} \\ \phantom{3x+y-2=0} \end{cases} \quad\quad\quad\quad\quad\]
\begin{align} x+y+2=0 \label{eqn11} \\ 3x+y-2=0 \label{eqn12} \end{align}

使用代入消元法,從 \eqref{eqn11} 可得

\begin{align} y &= -x-2 \label{eqn13} \end{align}

把 \eqref{eqn13} 代入 \eqref{eqn12} 中,可得

\begin{align*} 3x+(-x-2)-2 &= 0 \\ 2x-4 &= 0 \\ x &= 2 \end{align*}

最後把\(\;x=2\;\)代入 \eqref{eqn13},可得 \[y=-2-2=-4\] 所以,這組聯立方程的解為\(\;(x,y)=(2,-4)\)。

你也可以試試從 \eqref{eqn11} 式中把\(\;x\;\)變換成主項,或以 \eqref{eqn12} 式作為代入法的起點,但無論使用甚麼代入方式,得出的答案都相同。

使用加減消元法,把 \eqref{eqn11}\(\phantom{}\times 3\),得

\begin{equation} 3x+3y+6 = 0 \label{eqn14} \end{equation}

再把 \eqref{eqn14}\(\phantom{}-\phantom{}\)\eqref{eqn12} 可得

\begin{align*} (3x+3y+6)-(3x+y-2) &= 0 \\ 2y + 8 &= 0 \\ y &= -4 \end{align*}

把\(\;y=-4\;\)代入 \eqref{eqn11},可得

\begin{align*} x+(-4)+2 &= 0 \\ x &= 2 \end{align*}

所以,這組聯立方程的解為\(\;(x,y)=(2,-4)\)。

你也可以試試把 \eqref{eqn11}\(\;-\;\)\eqref{eqn12} 以消去\(\;y\),從而先求\(\;x\;\)的值,但無論使用甚麼方法,得出的答案都相同。

圖解聯立二元一次方程
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