פתרון מערכת משוואות שהצגתן מפורשת; פתרון מערכת משוואות בשני נעלמים
מבוסס על תוכנית הלימודים הרשמית — מתמטיקה, משרד החינוך.
לומדי מסביר
היי, אני לומדי! אם מערכת משוואות מבלבלת אתכם, תחשבו על זה ככה: יש לכם שני "רמזים" (שתי המשוואות) על שני מספרים סודיים, x ו-y, וצריך למצוא זוג מספרים אחד שמתאים לשני הרמזים גם יחד - לא רק לאחד מהם. הדרך הכי פשוטה היא לקחת רמז אחד, לבודד בו נעלם אחד (אם הוא עוד לא מבודד), ואז "להשתיל" אותו ברמז השני - כך נשאר לכם רק נעלם אחד לפתור, ואת זה אתם כבר יודעים לעשות. ואל תשכחו: בסוף תמיד בודקים את הפתרון בשתי המשוואות המקוריות, כדי לוודא שהוא באמת מתאים לשתיהן.
מהי מערכת משוואות בשני נעלמים?
מערכת משוואות בשני נעלמים היא שתי משוואות שיש בהן יחד שני משתנים, למשל x ו-y. הפתרון של המערכת הוא זוג מספרים (x,y) אחד שמקיים את שתי המשוואות בו-זמנית - לא רק אחת מהן. כלומר, אם נציב את הערכים במשוואה הראשונה נקבל משפט נכון, וגם אם נציב אותם באותה הזמן במשוואה השנייה נקבל משפט נכון.
משוואה מפורשת ושיטת ההצבה
משוואה 'מפורשת' היא משוואה שבה משתנה אחד כבר מבודד לגמרי בצד אחד, למשל y = 2x + 1 (כאן y מפורש באמצעות x). כאשר באחת המשוואות במערכת יש נעלם מפורש, אפשר להציב את הביטוי שלו במקום אותו נעלם במשוואה השנייה. כך מתקבלת משוואה אחת עם נעלם יחיד, שאותה כבר יודעים לפתור מכיתה ז'. אחרי שמוצאים את הנעלם הראשון, מציבים אותו בחזרה כדי למצוא גם את הנעלם השני.
מערכת שאינה מפורשת - קודם מבודדים, ואז מציבים
לפעמים אף אחת מהמשוואות אינה נתונה בצורה מפורשת, למשל 2x + y = 10. כדי להשתמש בשיטת ההצבה צריך קודם לבודד נעלם אחד באחת המשוואות - בדיוק כמו בבידוד נעלם ממשוואה רגילה - ורק אחר כך להציב את הביטוי שהתקבל במשוואה השנייה. כדאי לבחור לבידוד את הנעלם שהכי קל לבודד, למשל נעלם שהמקדם שלו הוא 1.
שיטת החיבור-חיסור
דרך נוספת לפתור מערכת משוואות היא לחבר או לחסר את שתי המשוואות זו מזו, כך שאחד הנעלמים 'יתבטל' ונשאר עם משוואה אחת ונעלם אחד בלבד. זה עובד היטב כאשר לאחד הנעלמים יש אותו מקדם, או מקדם נגדי, בשתי המשוואות - למשל y ו-(-y), או x ו-x. אחרי שמוצאים את הנעלם הראשון, מציבים אותו באחת המשוואות המקוריות כדי למצוא את הנעלם השני.
בדיקת הפתרון
אחרי שמוצאים זוג ערכים (x,y), חובה לבדוק אותו: מציבים את שני הערכים בכל אחת משתי המשוואות המקוריות בנפרד, ובודקים שמתקבל בשתיהן משפט נכון. אם משפט נכון מתקבל רק במשוואה אחת, יש טעות בפתרון וצריך לחזור ולבדוק את החישוב.
דוגמאות פתורות
פתרו את מערכת המשוואות: y = 2x + 1 , y = -x + 7
- שתי המשוואות מפורשות (y מבודד בשתיהן), אז אפשר להשוות את שני הביטויים השווים ל-y זה לזה: 2x + 1 = -x + 7
- פותרים את המשוואה עם הנעלם x: מעבירים אגפים - 2x + x = 7 - 1, כלומר 3x = 6, ולכן x = 2
- מציבים x = 2 באחת המשוואות המקוריות כדי למצוא את y, למשל y = 2x + 1: y = 2·2 + 1 = 5
- בדיקה במשוואה השנייה: y = -x + 7 = -2 + 7 = 5 - מתאים!
תשובה: x = 2, y = 5, כלומר הפתרון הוא הזוג (2,5)
פתרו את מערכת המשוואות: 2x + y = 10 , x - y = 2
- אף משוואה אינה מפורשת, אז מבודדים נעלם אחד. הכי קל לבודד את y מהמשוואה השנייה: מ-x - y = 2 מקבלים y = x - 2
- מציבים את הביטוי y = x - 2 במשוואה הראשונה במקום y: 2x + (x - 2) = 10
- פותרים: 2x + x - 2 = 10, כלומר 3x - 2 = 10, ולכן 3x = 12, כלומר x = 4
- מציבים x = 4 בביטוי y = x - 2: y = 4 - 2 = 2
- בדיקה במשוואה הראשונה: 2·4 + 2 = 8 + 2 = 10 - מתאים!
תשובה: x = 4, y = 2, כלומר הפתרון הוא הזוג (4,2)
פתרו את מערכת המשוואות: 2x + 3y = 12 , 2x - y = 4, בעזרת שיטת החיבור-חיסור
- שמים לב שבשתי המשוואות המקדם של x הוא בדיוק אותו מקדם: 2. לכן אם נחסר את המשוואה השנייה מהראשונה, ה-x יתבטל
- מחסרים אגף-אגף: (2x + 3y) - (2x - y) = 12 - 4
- פותחים סוגריים בזהירות (מינוס כפול מינוס נותן פלוס): 2x + 3y - 2x + y = 8, כלומר 4y = 8, ולכן y = 2
- מציבים y = 2 באחת המשוואות המקוריות, למשל 2x - y = 4: 2x - 2 = 4, כלומר 2x = 6, ולכן x = 3
- בדיקה במשוואה הראשונה: 2·3 + 3·2 = 6 + 6 = 12 - מתאים!
תשובה: x = 3, y = 2, כלומר הפתרון הוא הזוג (3,2)
תרגול
1. פתרו את מערכת המשוואות: y = 3x - 2 , y = x + 4תרגול
- שתי המשוואות מפורשות (y מבודד בשתיהן), לכן משווים את שני הביטויים ל-y: 3x - 2 = x + 4
- מעבירים אגפים: 3x - x = 4 + 2, כלומר 2x = 6, ולכן x = 3
- מציבים x = 3 באחת המשוואות, למשל y = x + 4: y = 3 + 4 = 7
- בדיקה במשוואה הראשונה: y = 3x - 2 = 3·3 - 2 = 9 - 2 = 7 - מתאים!
תשובה: x = 3, y = 7, כלומר הפתרון הוא הזוג (3,7)
2. פתרו את מערכת המשוואות: y = -2x + 5 , y = x - 4תרגול
- שתי המשוואות מפורשות, לכן משווים: -2x + 5 = x - 4
- מעבירים אגפים: 5 + 4 = x + 2x, כלומר 9 = 3x, ולכן x = 3
- מציבים x = 3 ב-y = x - 4: y = 3 - 4 = -1
- בדיקה במשוואה הראשונה: y = -2·3 + 5 = -6 + 5 = -1 - מתאים!
תשובה: x = 3, y = -1, כלומר הפתרון הוא הזוג (3,-1)
3. פתרו את מערכת המשוואות: x + y = 9 , x - y = 3, בעזרת שיטת החיבורתרגול
- אף משוואה לא מפורשת, אבל שמים לב שהמקדם של y הוא 1 ו-(-1) - נגדיים. מחברים את שתי המשוואות אגף-אגף: (x+y) + (x-y) = 9 + 3
- פותחים: x + y + x - y = 12, ה-y מתבטל, מתקבל 2x = 12, ולכן x = 6
- מציבים x = 6 באחת המשוואות, למשל x + y = 9: 6 + y = 9, כלומר y = 3
- בדיקה במשוואה השנייה: x - y = 6 - 3 = 3 - מתאים!
תשובה: x = 6, y = 3, כלומר הפתרון הוא הזוג (6,3)
4. פתרו את מערכת המשוואות: 2x + y = 7 , y = x - 2תרגול
- המשוואה השנייה מפורשת (y מבודד), לכן מציבים את הביטוי x - 2 במקום y במשוואה הראשונה: 2x + (x - 2) = 7
- פותחים סוגריים ומאחדים איברים: 2x + x - 2 = 7, כלומר 3x - 2 = 7, ולכן 3x = 9, כלומר x = 3
- מציבים x = 3 ב-y = x - 2: y = 3 - 2 = 1
- בדיקה במשוואה הראשונה: 2·3 + 1 = 6 + 1 = 7 - מתאים!
תשובה: x = 3, y = 1, כלומר הפתרון הוא הזוג (3,1)
5. מחיר של 2 עטים ו-3 מחברות הוא 29 ש"ח. מחיר של עט אחד ומחברת אחת יחד הוא 12 ש"ח. מה מחיר של עט אחד ומה מחיר של מחברת אחת?שאלה בהקשר
- מגדירים משתנים: x = מחיר עט אחד (בש"ח), y = מחיר מחברת אחת (בש"ח)
- בונים לפי הנתונים שתי משוואות: 2x + 3y = 29 (מחיר 2 עטים ו-3 מחברות), וגם x + y = 12 (מחיר עט ומחברת יחד)
- מבודדים x מהמשוואה השנייה: x = 12 - y
- מציבים במשוואה הראשונה: 2(12 - y) + 3y = 29, כלומר 24 - 2y + 3y = 29, כלומר 24 + y = 29, ולכן y = 5
- מציבים y = 5 ב-x = 12 - y: x = 12 - 5 = 7
- בדיקה: 2·7 + 3·5 = 14 + 15 = 29 - מתאים; 7 + 5 = 12 - מתאים
תשובה: מחיר עט = 7 ש"ח, מחיר מחברת = 5 ש"ח
6. סכום שני מספרים הוא 20, וההפרש ביניהם (המספר הגדול פחות הקטן) הוא 4. מהם שני המספרים?שאלה בהקשר
- מגדירים משתנים: x = המספר הגדול, y = המספר הקטן
- בונים משוואות לפי הנתונים: x + y = 20, x - y = 4
- מחברים את שתי המשוואות אגף-אגף כדי לבטל את y: (x+y) + (x-y) = 20 + 4, כלומר 2x = 24, ולכן x = 12
- מציבים x = 12 ב-x + y = 20: 12 + y = 20, ולכן y = 8
- בדיקה: 12 + 8 = 20 - מתאים; 12 - 8 = 4 - מתאים
תשובה: המספרים הם 12 ו-8
7. גילו של דני כיום הוא כפול מגילה של אחותו רותם. בעוד חמש שנים סכום גילאיהם יהיה 40. מה גילו של כל אחד מהם כיום?שאלה בהקשר
- מגדירים משתנים: d = גילו של דני כיום, r = גילה של רותם כיום
- בונים משוואות לפי הנתונים: d = 2r (משוואה מפורשת), וגם (d+5) + (r+5) = 40 (בעוד חמש שנים)
- פותחים סוגריים במשוואה השנייה: d + r + 10 = 40, כלומר d + r = 30
- מציבים את הביטוי d = 2r במקום d: 2r + r = 30, כלומר 3r = 30, ולכן r = 10
- מציבים r = 10 ב-d = 2r: d = 20
- בדיקה: כיום 20 = 2·10 - מתאים; בעוד חמש שנים: 25 + 15 = 40 - מתאים
תשובה: גילו של דני כיום 20, גילה של רותם כיום 10
8. משפחה אחת קנתה 3 כרטיסים למבוגר ו-2 כרטיסים לילד ושילמה בסך הכול 96 ש"ח. משפחה שנייה קנתה כרטיס מבוגר אחד וכרטיס ילד אחד ושילמה 34 ש"ח. מה מחיר כרטיס למבוגר ומה מחיר כרטיס לילד?שאלה בהקשר
- מגדירים משתנים: a = מחיר כרטיס מבוגר (בש"ח), c = מחיר כרטיס ילד (בש"ח)
- בונים משוואות: 3a + 2c = 96, וגם a + c = 34
- מבודדים a מהמשוואה השנייה: a = 34 - c
- מציבים במשוואה הראשונה: 3(34 - c) + 2c = 96, כלומר 102 - 3c + 2c = 96, כלומר 102 - c = 96, ולכן c = 6
- מציבים c = 6 ב-a = 34 - c: a = 34 - 6 = 28
- בדיקה: 3·28 + 2·6 = 84 + 12 = 96 - מתאים; 28 + 6 = 34 - מתאים
תשובה: מחיר כרטיס מבוגר = 28 ש"ח, מחיר כרטיס ילד = 6 ש"ח
לזכירה
- פתרון של מערכת משוואות בשני נעלמים הוא זוג ערכים (x,y) אחד שמקיים את שתי המשוואות יחד - לא רק אחת מהן.
- משוואה 'מפורשת' היא משוואה שבה נעלם אחד כבר מבודד לגמרי, למשל y = 2x + 1.
- בשיטת ההצבה: אם צריך, קודם מבודדים נעלם אחד באחת המשוואות, ואז מציבים את הביטוי שלו במקום אותו נעלם במשוואה השנייה, כדי לקבל משוואה עם נעלם יחיד.
- בשיטת החיבור-חיסור: כאשר לנעלם מסוים יש מקדמים שווים או נגדיים בשתי המשוואות, אפשר לחבר או לחסר את המשוואות זו מזו כדי לבטל אותו.
- תמיד יש לבדוק את הפתרון: מציבים את שני הערכים בשתי המשוואות המקוריות ומוודאים שמתקבל בהן משפט נכון.