第三節 以圖解法求解聯立二元一次不等式
以圖解法求解聯立二元一次不等式

我們學過如何以圖解法求解聯立一元一次不等式(若有需要,請按此重溫),同樣的方法也適用於求解聯立二元一次不等式。

以圖解法求解以下不等式組:

  1. \begin{cases} x + y - 1 \geq 0 \\ 2x - y - 1 \geq 0 \end{cases}
  2. \begin{cases} x + y \leq 5 \\ y \lt 2x+2 \\ y \geq -2 \end{cases}

  1. 讓我們先分別考慮\(\;x + y - 1 \geq 0\;\)及\(\;2x - y - 1 \geq 0\;\)的解:

    不等式\(\;x + y - 1 \geq 0\;\)的解。
    不等式\(\;2x - y - 1 \geq 0\;\)的解。

    把兩條不等式的解畫在同一幅圖上,它們重疊的地方(圖中紫色陰影的部分)就是不等式組的解:

    不等式組的解。

    注意 上圖的陰影太多,可能會造成混亂。為更好地顯示不等式組的解,我們一般會在各邊界上加上箭咀以顯示各不等式的解,然後只在重疊的部分塗上陰影,如右圖所示:

    注意 上圖的陰影太多,可能會造成混亂。為更好地顯示不等式組的解,我們一般會在各邊界上加上箭咀以顯示各不等式的解,然後只在重疊的部分塗上陰影,如下圖所示:

    不等式組的解。

  1. 圖中陰形部分就是不等式的解。

    不等式組的解。

  1. 以圖解法求解不等式組 \begin{cases} 2x + 5y + 4 \gt 0 \\ y \lt x+2 \\ x \lt 3 \end{cases}
  2. 若\(\;x, y\;\)均為整數,以上不等式組有多少個解?

  1. 附圖中,陰形部分就是不等式的解。

  2. 我們可直接在圖中數出所有整數解,它們分別是 \begin{align*} &(-1,0), (0,0), (0,1), (1,-1), (1,0), (1,1), (1,2), \\ &(2,-1), (2,0), (2,1), (2,2), (2,3) \end{align*} 共\(\;12\;\)個解。

不等式組的解。

根據下列圖像,寫出陰影部分所對應的不等式。

  1.  

  1.  

  1. 陰影部分位於兩條直線的上半平面,利用上一節所教的方法,可知不等式組為 \begin{cases} y \geq x-2 \\ x+2y \gt 0 \end{cases}

  1. 我們首先找出直線的方程。由於\(\;L_1\;\)通過點\(\;P(2,-1)\;\)和\(\;(4,0)\),利用兩點式可得其方程 \begin{align*} \frac{y-0}{x-4} &= \frac{-1-0}{2-4} \\ \frac{y}{x-4} &= \frac{1}{2} \\ x-2y-4 &= 0 \end{align*} 同理,\(L_2\;\)的方程為 \begin{align*} \frac{y-3}{x-0} &= \frac{-1-3}{2-0} \\ \frac{y-3}{x} &= -2 \\ 2x+y-3 &= 0 \end{align*}

    陰影部分位於\(\;L_1\;\)及\(\;y=1\;\)的下半平面,及\(\;L_2\;\)的上半平面,不等式組為 \begin{cases} x - 2y - 4 \geq 0 \\ 2x + y - 3 \geq 0 \\ y \leq 1 \end{cases}

活動 - 聯立二元一次不等式的解

在附設的模擬模型中,陰影部分為聯立不等式組 \begin{equation}\label{sys1} \begin{cases} Ax+By+C \geq 0 \\ A'x+B'y+C' \geq 0 \end{cases} \end{equation} 的解。你可以移動數值滑桿改變系數,亦可改變各不等式中的不等號,並觀察解的變化。

注意 若取消「以箭咀表示各不等式的解」一格的剔號,則各不等式的解都會以陰影(而非箭咀)表示。這時,只有深色陰影的部分是聯立不等式組的解。

我們知道兩條直線不是相交,就是平行。所以,由兩條直線組成的聯立不等式組亦能以此分成兩類。

  1. 我們首先看看兩直線相交時的情況。移動數值滑桿,將不等式設成

    \begin{cases} x+y-1 \geq 0 \\ 2x-y-1 \geq 0 \end{cases}
    1. 圖中的兩條直線把坐標平面分成多少份?

      \(1\)

      \(2\)

      \(3\)

      \(4\)

    2. 不要改變兩條不等式的系數,試試改變它們的不等號。對於上一題的不同區域,你都能找到對應的不等式組,令該區域是不等式組的解嗎?

      能夠

      不能夠

    3. 同樣不要改變兩條不等式的系數,並改變它們的不等號。你能找到一對不等號,令該不等式組無解嗎?

      能夠

      不能夠

    4. 同樣不要改變兩條不等式的系數,並改變它們的不等號。你能找到一對不等號,令該不等式組的解橫跨多個區域嗎?

      能夠

      不能夠

  2. 現在我們看看兩線平行時的情況。移動數值滑桿,將不等式設成

    \begin{cases} 2x+y-3 \geq 0 \\ 2x+y+3 \geq 0 \end{cases}
    1. 圖中的兩條直線把坐標平面分成多少份?

      \(1\)

      \(2\)

      \(3\)

      \(4\)

    2. 不要改變兩條不等式的系數,試試改變它們的不等號。對於上一題的不同區域,你都能找到對應的不等式組,令該區域是不等式組的解嗎?

      能夠

      不能夠

    3. 同樣不要改變兩條不等式的系數,並改變它們的不等號。你能找到一對不等號,令該不等式組無解嗎?

      能夠

      不能夠

    4. 同樣不要改變兩條不等式的系數,並改變它們的不等號。你能找到一對不等號,令該不等式組的解橫跨多個區域嗎?

      能夠

      不能夠

  3. 你可以試試其他令直線相交或平行的系數組合,並重複以上的步驟,看看你得到的結論是否相同。

聯立二元一次不等式
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