Ứng dụng hệ phương trình bậc nhất ba ẩn

Sách chân trời sáng tạo

Đổi lựa chọn

  •   
Các bước giải bài toán bằng cách lập hệ phương trình

I. Giải bài toán bằng cách lập hệ phương trình

Để giải bài toán bằng cách lập hệ phương trình bậc nhất ba ẩn, ta thực hiện các bước sau:

Bước 1: Lập hệ phương trình

Chọn ẩn là những đại lượng chưa biết.

Dựa trên ý nghĩa của các đại lượng chưa biết, đặt điều kiện cho ẩn.

Dựa vào dữ kiện của bài toán, lập hệ phương trình với các ẩn.

Bước 2: Giải hệ phương trình.

Bước 3: Kiểm tra điều kiện của nghiệm và kết luận.

Ví dụ:

Giá vé vào xem một buổi biểu diễn xiếc gồm ba loại: 40 000 đồng dành cho trẻ em (dưới 6 tuổi), 60 000 đồng dành cho học sinh và 80 000 đồng dành cho người lớn. Tại buổi biểu diễn, 900 vé đã được bán ra và tổng số tiền thu được là 50 600 000 đồng. Người ta đã bán được bao nhiêu vé trẻ em, bao nhiêu vẻ học sinh và bao nhiêu vẻ người lớn cho buổi biểu diễn đó? Biết rằng số vẻ người lớn bằng một nửa số vé trẻ em và học sinh cộng lại.

Giải

Gọi x,y,z lần lượt là số vé trẻ em, vé học sinh và vẻ người lớn đã được bán ra (x,y,zN).

Có 900 vé đã được bán ra, ta có 9x+y+z=900.

Tổng số tiền thu được trong buổi biểu diễn này là 50 600 000 đồng, ta có

40000x+60000y+80000z=50600000

hay 2x+3y+4z=2530.

Số vé người lớn bằng một nửa số vé trẻ em và học sinh cộng lại, ta có

z=x+y2 hay x+y2=0.

Từ đó, ta có hệ phương trình

{x+y+z=9002x+3y+4=2530x+y2z=0

Sử dụng máy tính cầm tay giải hệ phương trình, ta được: x=470,y=130,z=300.

Vậy có 470 vẻ trẻ em, 130 vé học sinh và 300 vé người lớn đã được bán ra.

II. Ứng dụng trong giải bài toán Hóa học, Vật lý, Sinh học

Ví dụ 1: Cân bằng phương trình phản ứng hoá học khi đốt cháy nhôm trong oxygen:

Al+O2toAl2O3

Giải

Giả sử x, y, z là ba số nguyên dương thoả mãn cân bằng phương trình phản ứng hoá học:

xAl+yO2tozAl2O3

Số nguyên tử nhôm ở hai vế bằng nhau, ta có x=2z.

Số nguyên tử oxygen ở hai vế bằng nhau, ta có 2y=3z.

Từ đó, ta có hệ phương trình {x=2z2y=3z.

y là số nguyên dương nên ta chọn z=2n, với n là số nguyên dương.

Hệ phương trình có vô số nghiệm dạng (4n;3n;2n), trong đó n là số nguyên dương.

Để phương trình có hệ số đơn giản, ta chọn n=1, ta có x=4,y=3z=2.

Vậy phương trình cân bằng phản ứng hoá học là 4Al+3O2to2Al2O3.

Ví dụ 2: Cho một đoạn mạch điện như Hình 1 .

Biết R1=36Ω,R2=90Ω,R3=60ΩU=60V. Gọi I1 là cường độ dòng điện của mạch chính, I2I3 là cường độ dòng điện của hai nhánh. Tính I1,I2,I3.

Giải

Cường độ dòng điện của đoạn mạch mắc song song là: I2+I3.

Ta có: I1=I2+I3 hay I1I2I3=0.

Hiệu điện thế ở đoạn mạch mắc song song là: U2=R2I2=R3I3 nên 90I2=60I3 hay 3I22I3=0.

Hiệu điện thế của đoạn mạch là: U=U1+U2 nên 60=R1.I1+R2.I2 hay 36I1+90I2=60 6I1+15I2=10.

Ta có hệ phương trình: {I1I2I3=03I22I3=06I1+15I2=10

Giải hệ phương trình, ta được I1=56(A),I2=13(A),I3=12(A).

Ví dụ 3:

Ba tế bào A,B,C sau một số lần nguyên phân tạo ra 88 tế bào con. Biết số tế bào B tạo ra gấp đôi số tế bào A tạo ra. Số lần nguyên phân của tế bào B ít hơn số lần nguyên phân của tế bào C là hai lần. Tính số lần nguyên phân của mỗi tế bào, biết rằng một tế bào sau một lần nguyên phân sẽ tạo ra hai tế bào mới giống tế bào ban đầu.

Giải

Gọi x,y,z lần lượt là số lần nguyên phân của mỗi tế bào A,B,C(x,y,zN).

Tổng các tế bào con là 88 , ta có 2x+2y+2z=88.

Số tế bào B tạo ra gấp đôi số tế bào A tạo ra, ta có 2y=2.2x.

Số lần nguyên phân của tế bào B it hơn số lần nguyên phân của tế bào C là hai lần, ta có y+2=z.

Từ đó, ta có hệ phương trình

{2x+2y+2z=882y=2.2xy+2=zhay{2x+2y+2z=882.2x2y=02y+2=2zhay{2x+2y+2z=882.2x2y=04.2y2z=0.

Đặt a=2x,b=2y,c=2z. Ta có hệ phương trình {a+b+c=882ab=04bc=0.

Sử dụng máy tính cầm tay giải hệ phương trình, ta được a=8,b=16,c=64.

Do đó x=3,y=4,z=6.

Vậy số lần nguyên phân của mỗi tế bào A,B,C lần lượt là 3,4,6.

III. Ứng dụng trong kinh tế

1. Mô hình cân bằng thị trường hàng hoá có liên quan

Giả sử trên thị trường có n loại hàng hoá được mua và bán, đánh số lần lượt là hàng hoá 1,2,,n. Ta nói n loại hàng hoá đó có liên quan nếu giá của một mặt hàng nào đó thay đổi thì nó không những ảnh hưởng tới lượng cung (kí hiệu là QS ) và lượng cầu (kí hiệu là QDi ) của bản thân mặt hàng đó, mà nó còn ảnh hưởng tới giá và lượng cung, lượng cầu của các mặt hàng còn lại.

Như vậy, đối vối n loại hàng hoá có liên quan thì lượng cung QSi (hoặc lượng cầu QDi ) của mỗi loại hàng hoá là một đại lượng phụ thuộc vào n biến P1,P2,,Pn, trong đó P1,P2,,Pn lần lượt là giá của hàng hoá 1,2,,n.

Người ta thường biểu diễn sự phụ thuộc của lượng cung và lượng cầu vào giá của các hàng hoá bởi hàm cung và hàm cầu như sau:

QSi=Si(P1,P2,,Pn),QDi=Di(P1,P2,,Pn)(1in)

trong đó P1,P2,,Pn lần lượt là giá của hàng hoá 1,2,,n.

Mô hình cân bằng thị trường n loại hàng hoá có liên quan (cân bằng cung cầu) được xác định bởi hệ phương trình: QSi=QDi,1in.

Giải hệ phương trình đó chúng ta tìm được bộ giá cân bằng thị trường: ˉP=(¯P1,¯P2,,¯Pn).

Thay vào QSi (hoặc QD ) chúng ta thu được bộ lượng cân bằng thị trường: ˉQ=(¯Q1,¯Q2,,¯Qn).

2. Mô hình cân bằng thu nhập quốc dân

Tổng thu nhập quốc dân, ki hiệu là Y, thường được tính trên hai nguồn chủ yếu: Chi tiêu cố định của chính phủ, kí hiệu là G0, và tiền của người dân (bao gồm đầu tư của các hộ gia đinh, kí hiệu là I0, và tiêu dùng của các hộ gia đình, kí hiệu là C ). Ta nói thu nhập quốc dân là cân bằng nếu Y=C+I0+G0.

Xét mô hình cân bằng thu nhập quốc dân có dạng hệ phương trình bậc nhất:

{Y=C+I0+G0C=a(YT)+bT=αY

Trong đó: T là thuế, C=a(YT)+b, các hằng số 0<a<1,b>0,0<α<1 được chọn trước (phụ thuộc vào sự lựa chọn mô hình của các nhà hoạch định chính sách).