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二元二次方程组是指含有两个未知数的二次方程组,其核心解题逻辑是将二元问题转化为一元问题。例如,考虑方程组:x平方加y平方等于25,x减y等于1。这个方程组由一个圆和一条直线组成,它们的交点就是方程组的解。我们需要通过代入消元法将其转化为一元二次方程。
代入消元法是解二元二次方程组最常用的方法。首先,从一次方程x减y等于1中解出y等于x减1。然后,将这个表达式代入二次方程x平方加y平方等于25中。展开得到x平方加x平方减2x加1等于25,化简为2x平方减2x减24等于0,再除以2得到x平方减x减12等于0。因式分解得到(x-4)(x+3)=0,所以x=4或x=-3。最后回代求y,当x=4时,y=3;当x=-3时,y=-4。因此,方程组的解为(4,3)和(-3,-4)。
加减消元法适用于特定形式的方程组,通过方程相加或相减来消去某个未知数。例如,考虑方程组:x平方加y平方等于10,xy等于3。我们可以构造和式:x平方加y平方加2xy等于10加2乘以3,即(x+y)的平方等于16,所以x+y等于正负4。同样,构造差式:x平方加y平方减2xy等于10减2乘以3,即(x-y)的平方等于4,所以x-y等于正负2。然后,我们可以解四组线性方程组:当x+y=4且x-y=2时,得到x=3,y=1;当x+y=4且x-y=-2时,得到x=1,y=3;当x+y=-4且x-y=2时,得到x=-1,y=-3;当x+y=-4且x-y=-2时,得到x=-3,y=-1。因此,方程组的解为(3,1),(1,3),(-1,-3)和(-3,-1)。
对于特殊形式的二元二次方程组,可以采用特殊的解法。对称方程组在交换x和y后保持不变,可以通过引入u=x+y和v=xy进行求解。例如,对于方程组x平方加y平方等于10,xy等于3,我们令u=x+y,v=xy,则x平方加y平方可以表示为u平方减2v。代入得到u平方减2乘以3等于10,解得u等于正负4。然后解方程组x+y=4,xy=3或x+y=-4,xy=3。齐次方程组中所有项的次数相同,可以通过令y=kx进行求解。例如,对于方程组x平方加xy减y平方等于0,2x平方减3xy减2y平方等于0,我们令y=kx,代入得到关于k的方程k平方减k减1等于0,解得k等于(1±√5)/2。
总结一下,二元二次方程组的核心解题逻辑是将二元问题转化为一元问题。代入消元法是最基本、通用的方法,适用于大多数情况,其关键步骤是从一次方程中解出一个未知数,然后代入二次方程。加减消元法适用于特定形式的方程组,通过构造和式或差式来消去某个未知数或某个项,从而简化计算过程。对于对称方程组,即交换x和y后保持不变的方程组,可以通过引入u=x+y和v=xy进行求解。对于齐次方程组,即所有项次数相同的方程组,可以通过令y=kx进行求解。掌握这些方法和技巧,可以有效地解决各种类型的二元二次方程组问题。