Зачем нужен алгебраический способ

💡 Из жизниИзмерить длину стола можно на глаз — «примерно полтора метра». А можно рулеткой — «152 см». Графический способ из прошлого пункта — это «на глаз»: координаты точек пересечения мы снимаем с чертежа и всегда получаем приближённые числа. Алгебраический способ — это рулетка: он даёт точный ответ, пусть и требует вычислений.

Именно поэтому основным способом решения систем уравнений с двумя переменными является алгебраический. Работает он на одной простой идее: избавиться от одной переменной и свести систему к одному уравнению с одной переменной — а такие уравнения мы решать уже умеем.

Добиться этого можно двумя приёмами: способом подстановки и способом сложения.

Способ подстановки

Начнём с самого частого случая: система составлена из одного уравнения второй степени и одного уравнения первой степени. Такую систему всегда можно решить способом подстановки.

📐 Алгоритм способа подстановки
  1. выражают из уравнения первой степени одну переменную через другую;
  2. подставляют полученное выражение в уравнение второй степени — приходят к уравнению с одной переменной;
  3. решают получившееся уравнение с одной переменной;
  4. находят соответствующие значения второй переменной.

Разбор системы $\{x^2-3xy-2y^2=2,\ x+2y=1\}$ по этому алгоритму — на вкладке «Пример 1» справа. Обрати внимание на шаг 4: подставлять найденные значения удобнее не в исходное уравнение, а в уже готовую формулу $x=1-2y$ — так меньше вычислений и меньше шансов ошибиться.

Когда оба уравнения второй степени

Если система состоит из двух уравнений второй степени с двумя переменными, то найти её решения обычно бывает трудно. Но в отдельных случаях такие системы всё же удаётся решить — тем же способом подстановки или способом сложения.

Подстановка. В системе $\{x^2-y^2=5,\ xy=6\}$ из второго уравнения легко выразить $y$ через $x$: так как $x\neq0$, получаем $y=\dfrac{6}{x}$. Дальше — обычная подстановка (вкладка «Пример 2»).

Сложение. В системе $\{x^2-2y^2+x=-6,\ x^2-3y^2=-11\}$ выражать переменную неудобно. Зато можно уравнять коэффициенты при $y^2$ и почленно сложить уравнения — слагаемые с $y^2$ взаимно уничтожатся, и останется уравнение с одной переменной $x$ (вкладка «Способ сложения»).

⚠️ Частая ошибкаНайти отдельно все значения $x$, отдельно все значения $y$ — и склеить из них все возможные пары. Так делать нельзя: каждому найденному $x$ соответствует свой $y$, вычисленный по формуле подстановки. В примере 2 ответ $(-3;\,-2)$ и $(3;\,2)$, а пары $(-3;\,2)$ и $(3;\,-2)$ решениями не являются — проверь подстановкой в уравнение $xy=6$. А вот в примере 3 при каждом $x$ действительно получается по два значения $y$ (из $3y^2=x^2+11$ выходит $y=\pm\sqrt{\ldots}$), и все четыре пары верны — потому что там каждое значение честно вычислено из уравнения, а не «склеено» наугад.

Итоги

🧠 ЗапомниЦель любого алгебраического способа — получить одно уравнение с одной переменной. Если в системе есть уравнение первой степени — выражай из него переменную и подставляй (способ подстановки). Если оба уравнения второй степени — попробуй уравнять коэффициенты при $x^2$ или $y^2$ и сложить уравнения почленно (способ сложения). Найдя одну переменную, обязательно вычисли вторую и запиши ответ парами.
Решаем: $\begin{cases} x^2-3xy-2y^2=2, \\ x+2y=1. \end{cases}$
Решаем: $\begin{cases} x^2-y^2=5, \\ xy=6. \end{cases}$
Решаем: $\begin{cases} x^2-2y^2+x=-6, \\ x^2-3y^2=-11. \end{cases}$
1Выразим переменную. Из уравнения первой степени $x+2y=1$ выразим $x$ через $y$: $x=1-2y$.
2Подставим. Вместо $x$ в первое уравнение подставим выражение $1-2y$: $(1-2y)^2-3(1-2y)y-2y^2=2$.
3Упростим. Раскроем скобки и приведём подобные слагаемые — получим равносильное уравнение с одной переменной: $8y^2-7y-1=0$.
4Решим его. $D=(-7)^2-4\cdot8\cdot(-1)=81$, $\sqrt{D}=9$. Значит, $y_1=\dfrac{7-9}{16}=-\dfrac{1}{8}$, $y_2=\dfrac{7+9}{16}=1$.
5Найдём вторую переменную по формуле $x=1-2y$: при $y_1=-\dfrac18$ получаем $x_1=1\dfrac14$; при $y_2=1$ получаем $x_2=-1$.
Ответ: $\left(1\dfrac14;\ -\dfrac18\right)$, $(-1;\ 1)$.
1Выразим переменную. Так как $x\neq0$ (иначе произведение $xy$ было бы равно нулю, а не 6), из уравнения $xy=6$ выразим $y=\dfrac{6}{x}$.
2Подставим. Вместо $y$ в первое уравнение подставим $\dfrac{6}{x}$: $x^2-\left(\dfrac{6}{x}\right)^2=5$.
3Упростим. Умножим обе части на $x^2$: $x^4-36=5x^2$, то есть $x^4-5x^2-36=0$.
4Решим его. Обозначим $t=x^2$, где $t\ge0$: $t^2-5t-36=0$, откуда $t=9$ или $t=-4$. Значение $t=-4$ не подходит, ведь $t=x^2$ не бывает отрицательным. Значит, $x^2=9$ и $x_1=-3$, $x_2=3$.
5Найдём вторую переменную по формуле $y=\dfrac{6}{x}$: при $x_1=-3$ получаем $y_1=-2$; при $x_2=3$ получаем $y_2=2$.
Ответ: $(-3;\ -2)$, $(3;\ 2)$.
1Уравняем коэффициенты. Чтобы слагаемые с $y^2$ уничтожились при сложении, умножим обе части первого уравнения на 3, а второго — на $-2$. Получим равносильную систему $\{3x^2-6y^2+3x=-18,\ -2x^2+6y^2=22\}$.
2Сложим почленно левые и правые части. Слагаемые $-6y^2$ и $+6y^2$ дают в сумме ноль, и остаётся уравнение с одной переменной: $x^2+3x=4$.
3Решим его. $x^2+3x-4=0$, $D=9+16=25$. Значит, $x_1=-4$, $x_2=1$.
4Найдём вторую переменную из второго уравнения исходной системы, записанного как $3y^2=x^2+11$: если $x=-4$, то $3y^2=27$, $y^2=9$ и $y=\pm3$; если $x=1$, то $3y^2=12$, $y^2=4$ и $y=\pm2$.
Ответ: $(-4;\ 3)$, $(-4;\ -3)$, $(1;\ 2)$, $(1;\ -2)$.
Разбирай решение по шагам — сверху видно, на каком этапе алгоритма ты находишься.