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二元一次方程式

二元一次方程式是有兩個未知數、未知數次方都是 1 的方程式,例如 x + y = 10。只有一個式子時,x = 1、y = 9 或 x = 2、y = 8 都可以,有無限多組解;兩個式子聯立,例如再加上 2x + 4y = 28,就只剩 x = 6、y = 4 這一組。

解聯立方程式的想法是消去一個未知數,變成一元一次方程式。常用的方法有代入消去法和加減消去法,108 課綱把這兩種方法排在國一,是國中數學代數的重點單元。國小的雞兔同籠用二元一次方程式來解,就是直接列兩個式子。

先看重點

  • 一個二元一次方程式有無限多組解,兩個式子聯立通常只有一組解。
  • 代入消去法:把一式寫成 y = …,代進另一式。
  • 加減消去法:把某個未知數的係數變成相同或相反,兩式相減或相加。
  • 解出 x、y 後,要代回兩個式子都檢查。

二元一次方程式是什麼

二元是兩個未知數,一次是未知數的次方都是 1。一般寫成 ax + by = c,a 和 b 都不是 0。只有一個式子時,任意給 x 一個值,就能算出對應的 y,所以有無限多組解,例如 x + y = 5 的解有 x = 0、y = 5,x = 1、y = 4,x = 2、y = 3 等等。

把兩個二元一次方程式用大括號放在一起,要求同時成立,就叫二元一次聯立方程式。題目說解二元一次方程式,通常就是指解聯立方程式,找出同時讓兩個式子成立的那一組 x、y。

解法一:代入消去法

代入消去法適合其中一個式子的 x 或 y 係數是 1 或 −1 的時候。先把那個式子改寫成 y = … 或 x = …,再代進另一個式子,就只剩一個未知數。

例 1解聯立方程式 x + y = 10,2x + 4y = 28

  1. 由第一式得 y = 10 − x
  2. 代入第二式:2x + 4(10 − x) = 28
  3. 2x + 40 − 4x = 28,−2x = −12,x = 6
  4. y = 10 − 6 = 4
  5. 檢查:6 + 4 = 10,2 × 6 + 4 × 4 = 12 + 16 = 28,兩式都成立

答:x = 6,y = 4

例 2解聯立方程式 y = 2x − 1,3x + 2y = 19

  1. 第一式已經是 y = …,直接代入第二式:3x + 2(2x − 1) = 19
  2. 3x + 4x − 2 = 19,7x = 21,x = 3
  3. y = 2 × 3 − 1 = 5
  4. 檢查:5 = 2 × 3 − 1,3 × 3 + 2 × 5 = 9 + 10 = 19,兩式都成立

答:x = 3,y = 5

解法二:加減消去法

加減消去法適合係數都不是 1 的時候。看哪個未知數的係數比較好處理,兩式各乘上適當的數,讓這個未知數的係數變成相同或相反:相反就相加,相同就相減,這個未知數就消掉了。

例 1解聯立方程式 3x + 2y = 16,5x − 2y = 16

  1. y 的係數 2 和 −2 剛好相反,兩式相加:8x = 32
  2. x = 4
  3. 代回第一式:12 + 2y = 16,y = 2
  4. 檢查:3 × 4 + 2 × 2 = 16,5 × 4 − 2 × 2 = 16,兩式都成立

答:x = 4,y = 2

例 2解聯立方程式 2x + 3y = 12,3x − 2y = 5

  1. 要消去 y:第一式乘以 2 得 4x + 6y = 24,第二式乘以 3 得 9x − 6y = 15
  2. 兩式相加:13x = 39,x = 3
  3. 代回第一式:6 + 3y = 12,y = 2
  4. 檢查:2 × 3 + 3 × 2 = 12,3 × 3 − 2 × 2 = 5,兩式都成立

答:x = 3,y = 2

二元一次方程式速解:先看係數再選方法

解二元一次方程式想要又快又不容易錯,關鍵是動筆前先看係數。有係數是 1 或 −1,用代入消去法;有係數相同或相反,直接加減;兩個式子的係數剛好左右對調,可以先把兩式相加、相減,得到 x + y 和 x − y,再求 x、y。

另一個速解的習慣是先化簡:每一項都有公因數的式子先約掉,例如 4x + 6y = 20 先除以 2 變成 2x + 3y = 10,後面的數字都會比較小。

例 1解聯立方程式 x + 2y = 7,2x + y = 8

  1. 係數左右對調,兩式相加:3x + 3y = 15,所以 x + y = 5
  2. 兩式相減,第二式減第一式:x − y = 1
  3. x + y = 5 和 x − y = 1 相加:2x = 6,x = 3;y = 5 − 3 = 2
  4. 檢查:3 + 2 × 2 = 7,2 × 3 + 2 = 8,兩式都成立

答:x = 3,y = 2

二元一次方程式公式解

把加減消去法用文字係數做一次,就能得到二元一次方程式的公式。這個公式在高中叫做克拉瑪公式,要用二階行列式來寫,國中課本不教,國中解題用代入或加減消去就夠了。這裡列出來,是方便用一般計算機算答案或對答案。

以 2x + 3y = 12、3x − 2y = 5 為例,a = 2、b = 3、c = 12、d = 3、e = −2、f = 5。分母 ae − bd = 2 × (−2) − 3 × 3 = −13,x = (12 × (−2) − 3 × 5) ÷ (−13) = −39 ÷ (−13) = 3,y = (2 × 5 − 12 × 3) ÷ (−13) = −26 ÷ (−13) = 2,和加減消去法的答案相同。

標準形式ax + by = c,dx + ey = f先把兩個式子都整理成這個樣子
x 的公式x = (ce − bf) ÷ (ae − bd)ae − bd 不能是 0
y 的公式y = (af − cd) ÷ (ae − bd)分母和 x 的公式相同
ae − bd = 0沒有唯一的一組解兩條直線平行或重合,高中再學

二元一次方程式計算機:用一般計算機算

數學王目前沒有專門解二元一次方程式的計算機。手邊有手機或一般計算機時,可以用上面的公式,照下面的步驟按,就能算出 x 和 y。

計算機最好拿來對答案,作業和考試還是要寫出代入消去或加減消去的過程。算完記得把 x、y 代回兩個原本的式子,兩個都成立才算對。

  1. 把兩個式子都整理成 ax + by = c 和 dx + ey = f,寫下 a、b、c、d、e、f,負號也要抄進去。
  2. 先算分母 ae − bd,如果是 0,代表沒有唯一的解。
  3. 算 ce − bf,再除以分母,得到 x。
  4. 算 af − cd,再除以分母,得到 y。
  5. 把 x、y 代回兩個原式檢查。

二元一次方程式應用題目

題目裡有兩個不知道的量時,直接設成 x 和 y,再從題目找出兩個等量關係,就能列出兩個式子。比起只用一個未知數,二元一次方程式列式通常比較直接。

例 1籠子裡有雞和兔,共 35 個頭、94 隻腳,雞和兔各有幾隻?

  1. 設雞 x 隻、兔 y 隻:x + y = 35,2x + 4y = 94
  2. 第一式乘以 2:2x + 2y = 70,和第二式相減:2y = 24,y = 12
  3. x = 35 − 12 = 23
  4. 檢查:23 + 12 = 35,2 × 23 + 4 × 12 = 46 + 48 = 94

答:雞 23 隻,兔 12 隻

例 2動物園門票大人 250 元、兒童 150 元,一群人共 8 人,門票共花 1700 元,大人和兒童各幾人?

  1. 設大人 x 人、兒童 y 人:x + y = 8,250x + 150y = 1700
  2. 由第一式 y = 8 − x,代入:250x + 150(8 − x) = 1700
  3. 250x + 1200 − 150x = 1700,100x = 500,x = 5,y = 3
  4. 檢查:5 + 3 = 8,250 × 5 + 150 × 3 = 1250 + 450 = 1700

答:大人 5 人,兒童 3 人

例 3一艘船順水 3 小時走 36 公里,逆水 4 小時走 32 公里,船在靜水中的速度和水流速度各是每小時幾公里?

  1. 設船速每小時 x 公里、水速每小時 y 公里,順水速度 x + y,逆水速度 x − y
  2. 3(x + y) = 36,4(x − y) = 32,化簡成 x + y = 12,x − y = 8
  3. 兩式相加:2x = 20,x = 10;y = 12 − 10 = 2
  4. 檢查:順水 3 × 12 = 36 公里,逆水 4 × 8 = 32 公里

答:船速每小時 10 公里,水速每小時 2 公里

二元一次方程式圖形:兩條直線的交點

在直角坐標平面上,一個二元一次方程式所有的解畫出來,會連成一條直線,所以 ax + by = c 的圖形是直線。例如 x + y = 5 會通過 (0, 5)、(1, 4)、(5, 0);x − y = 1 會通過 (1, 0)、(3, 2)、(6, 5)。

聯立方程式的解要同時讓兩個式子成立,也就是同時在兩條直線上,所以解就是兩條直線的交點。圖中兩條線交在 (3, 2),代表 x = 3、y = 2,代回檢查:3 + 2 = 5,3 − 2 = 1。另外,y = c 的圖形是水平線,x = c 的圖形是鉛垂線。

國中只處理兩條直線相交在一點的情形。兩條直線也可能平行,例如 x + y = 2 和 x + y = 6,沒有交點,聯立方程式無解;也可能重合,例如 x + y = 2 和 2x + 2y = 4,有無限多組解,這兩種情形高中才會詳細學。

xy12345671234560(3, 2)x + y = 5x − y = 1
x + y = 5(實線)和 x − y = 1(虛線)交在 (3, 2),就是聯立方程式的解

相關主題

二元一次方程式要先會一元一次方程式的移項和驗算,解出來的 x、y 常是負數,需要時可以複習負數。直線和坐標平面的觀念,後面會接到二次函數的拋物線。

常見問題

二元一次方程式怎麼解?

用代入消去法或加減消去法,把其中一個未知數消掉,變成一元一次方程式。解出一個未知數後代回去求另一個,最後把兩個答案代回兩個原式檢查。

代入消去法和加減消去法要用哪一個?

有係數是 1 或 −1 時用代入消去法比較快;係數都不是 1,或某個未知數的係數相同、相反時,用加減消去法比較快。兩種方法的答案一定一樣。

二元一次方程式有公式解嗎?

有。ax + by = c、dx + ey = f 的解是 x = (ce − bf) ÷ (ae − bd)、y = (af − cd) ÷ (ae − bd),ae − bd 不能是 0。這是高中才學的克拉瑪公式,國中課本不教。

二元一次方程式的圖形是什麼?

在坐標平面上是一條直線。聯立方程式的解,就是兩條直線的交點。

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