一、定义与特征
二次联立方程(Quadratic simultaneous equations) 由一个线性方程(含一次项,如 \( ax + by = c \))和一个二次方程(含 \( x^2 \)、\( y^2 \) 或 \( xy \) 项,如 \( ax^2 + bxy + cy^2 + dx + ey + f = 0 \))组成。由于二次方程的曲线特性,这类方程组最多有2组解(对应直线与二次曲线的交点个数)。
二、解法:代入消元法
核心是通过"代入"消去一个变量,将方程组转化为一元二次方程求解,步骤如下:
📝 代入消元法步骤
- 从线性方程解变量:从线性方程中解出一个变量(用另一个变量表示)。
例如,对线性方程 \( x + 2y = 3 \),解出 \( x = 3 - 2y \)。
- 代入二次方程:将"解出的变量表达式"代入二次方程,得到关于单个变量的一元二次方程。
如把 \( x = 3 - 2y \) 代入 \( x^2 + 3xy = 10 \),转化为仅含 \( y \) 的方程。
- 解一元二次方程:用因式分解、求根公式等方法,解出该变量的所有可能值。
- 回代求另一变量:将已求出的变量值,代入"线性方程解出的表达式",求出另一变量的值。
- 验证解的正确性:将 \( (x, y) \) 代入原二次方程,确认等式成立(避免计算错误)。
三、示例演示
解方程组:
\[
\begin{cases}
x + 2y = 3 \quad (1) \\
x^2 + 3xy = 10 \quad (2)
\end{cases}
\]
步骤1:由 (1) 解出 \( x = 3 - 2y \)。
步骤2:代入 (2),得 \( (3 - 2y)^2 + 3(3 - 2y)y = 10 \)。
步骤3:展开并整理:
\( 9 - 12y + 4y^2 + 9y - 6y^2 = 10 \implies -2y^2 - 3y - 1 = 0 \implies 2y^2 + 3y + 1 = 0 \)
因式分解得 \( (2y + 1)(y + 1) = 0 \),解得 \( y = -\frac{1}{2} \) 或 \( y = -1 \)。
步骤4:回代求 \( x \):
当 \( y = -\frac{1}{2} \) 时,\( x = 3 - 2×(-\frac{1}{2}) = 4 \);
当 \( y = -1 \) 时,\( x = 3 - 2×(-1) = 5 \)。
步骤5:验证:
\( (4, -\frac{1}{2}) \) 代入 (2):\( 4^2 + 3×4×(-\frac{1}{2}) = 16 - 6 = 10 \),成立;
\( (5, -1) \) 代入 (2):\( 5^2 + 3×5×(-1) = 25 - 15 = 10 \),成立。
总结
二次联立方程("线性 + 二次"型)的核心解法是代入消元法,步骤可概括为:
- 从线性方程解出一个变量(用另一变量表示);
- 代入二次方程,转化为一元二次方程;
- 解一元二次方程,得到一个变量的解;
- 回代求另一变量,验证解的正确性。
这类方程组的解的个数由"直线与二次曲线的交点个数"决定,最多有2组解,需注意解的"配对性"(每个 \( x \) 对应唯一的 \( y \))。