UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PALERMO FACOLTÀ DI ARCHITETTURA CORSO ZERO DI MATEMATICA DISEQUAZIONI E SISTEMI Dr. Erasmo Modica erasmo@galois.it SISTEMI DI EQUAZIONI DI PRIMO GRADO Definizione: Si definisce equazione di primo grado in due incognite un equazione del tipo: con. a by c 0 Si nota facilmente che una tale equazione ammette come soluzioni infinite coppie ordinate di numeri reali. Esempio: L equazione y 0 0,0, 1,,,6,... ammette come soluzioni le coppie Definizione: Si definisce sistema di equazioni l insieme di due o più equazioni che devono essere soddisfatte contemporaneamente. L insieme delle soluzioni del sistema è dato dall intersezione delle soluzioni delle singole equazioni componenti. Definizione: Un sistema di equazioni si dice lineare se le equazioni che lo compongono sono tutte di primo grado. SISTEMI LINEARI DI DUE EQUAZIONI IN DUE INCOGNITE Definizione: Un sistema lineare di due equazioni in due incognite è un sistema del tipo: con. Un sistema di tale tipo può ammettere: a by c 0 a ' b' y c ' 0 un unica soluzione, cioè una sola coppia y, soddisfa il sistema, che in tale caso si dice determinato; infinite soluzioni, cioè tutte le coppie, y soddisfano il sistema, che in tale caso si dice indeterminato; nessuna soluzione, cioè non esistono coppie di numeri reali che soddisfano il sistema, che in tale caso si dice impossibile.
METODO DEL CONFRONTO Questo metodo consiste nel ricavarsi la medesima incognita dalle due equazioni e uguagliare le espressioni ottenute, cioè: a c y a by c 0 b a c a ' c ' a ' b' y c ' 0 a ' c ' b b y b' Esempio: Risolvere il sistema y 5 0 4y 0 Ricaviamo la variabile da entrambe le equazioni: y 5 4y e sostituiamola al posto della nella prima equazione del sistema: y 5 y 5 1 4y y 5 8y 6 11y 1 y 11 4y Sostituendo il valore ottenuto in una delle due equazioni si ottiene il valore di : 9 11 METODO DI SOSTITUZIONE Questo metodo consiste nel ricavarsi una delle due incognite da una delle due equazioni e sostituirla nell altra, cioè: a c y a by c 0 b a ' b' y c ' 0 a c a ' b' c ' 0 b ab' cb ' a ' b ab' cb ' bc ' cb ' bc ' a ' c ' b b b b a ' b ab' Osservazione: Appare evidente che un tale sistema per ammettere soluzione deve essere tale che a' b ab' 0.
Esempio: Risolvere il sistema y 5 0 4y 0 Ricaviamo la variabile dalla seconda equazione: y 5 0 4y e sostituiamola al posto della nella prima equazione del sistema: 1 y 4y y 5 0 8y 6 y 5 0 11y 1 11 4y 4y 4y 1 4 11 1 9 y 11 11 4 4 9 1 y 11 11 11 11 METODO DI RIDUZIONE Per risolvere i sistemi con questo metodo si fa uso del principio di equivalenza delle equazioni. A partire dalle uguaglianze: si ottengono le equazioni equivalenti: A C da associare ad una delle equazioni di partenza. B D A C B D A C B D Esempio: Risolvere il sistema y 4y 9 Sottraendo le due equazioni si ottiene:
da cui segue che: y che, sostituita in una delle due equazioni ci dà come risultato: 1 Osservazione: Se i coefficienti delle incognite sono tutti differenti, è possibile fissarsi su una di esse e moltiplicare le due equazioni per il m.c.m. dei due coefficienti. In questo modo si ottiene un sistema in cui una delle due incognite ha i coefficienti uguali e si può quindi utilizzare il metodo di riduzione. METODO DI CRAMER Quello di Cramer è uno dei metodi di risoluzione dei sistemi di equazioni che, in generale, conviene utilizzare quando i coefficienti delle incognite sono tutti diversi da 1. Consideriamo il sistema: ad esso si associa il numero reale: a by c a ' b' y c ' a b ab' ba ' a' b' che prende il nome di determinante del sistema. Si considerano successivamente i determinanti relativi alle due incognite: c b cb ' bc ' c' b' a c y ac ' ca ' a' c' Le soluzioni del sistema sono date dai rapporti tra i determinanti relativi alle incognite e il determinante del sistema : 4
c b c' b' cb ' bc ' a b ab ' ba ' a' b' a c y a' c' ac ' ca ' y a b ab ' ba ' a' b' Osserviamo che, affinché il sistema ammetta soluzioni, è necessario che si abbia ab' ba ' 0. In generale si ha che: se se se a b c, allora il sistema ammette infinite soluzioni; a' b' c' a b c, allora il sistema è impossibile; a ' b' c ' a b, allora il sistema è determinato e ammette un unica soluzione. a' b' Esempio: Risolvere, utilizzando il metodo di Cramer, il sistema 5y 1. y 7 Consideriamo il determinante del sistema e i determinanti delle incognite: 5 9 10 19 1 5 5 8 7 1 y 1 19 7 Le soluzioni del sistema sono quindi date da: 8 19 y 19 y 1 19 5
SISTEMI DI SECONDO GRADO Definizione: Si dice grado di un sistema di equazioni il prodotto dei gradi dei polinomi che lo compongono. Definizione: Un sistema di secondo grado è un sistema costituito da un equazione di secondo grado nelle variabili e y e da un equazione di primo grado, cioè: y m q y a b c Un tale sistema si può risolvere con il metodo di sostituzione, infatti si ha: y m q y m q y a b c m q a b c a b m c q Il discriminante dell equazione ci metterà in condizioni di stabilire se il sistema ammette o meno soluzioni. 0 Esempio: Risolvere il sistema y y 1 5 4 Utilizzando il metodo di sostituzione si ottiene l equazione: le cui soluzioni sono: 65 0 1 5 1 Le soluzioni del sistema sono quindi date dalle coppie: 1,0, 5,4 SISTEMI SIMMETRICI Definizione: Si definisce sistema simmetrico un sistema di cui, scambiando tra di loro le incognite, non si modifica la forma, cioè un sistema di uno dei seguenti tipi: y s y p con y s y r con 6
Per risolvere il primo tipo di sistema è necessario ricordare le relazioni che intercorrono tra le soluzioni di un equazione di secondo grado e i suoi coefficienti, cioè: b 1 a c 1 a Infatti al sistema simmetrico considerato si associa l equazione di secondo grado: t st p 0 e le soluzioni di tale equazioni ci danno le soluzioni del sistema simmetrico. Esempio: Risolvere il sistema y 5 y 6 Consideriamo l equazione associata: t 5t 6 0 le cui soluzioni sono: t t 1 Di conseguenza il sistema ammette come soluzioni le due coppie:,,, Per risolvere il secondo tipo di sistema si utilizza il seguente accorgimento: y y y (formula di Waring) e quindi la seconda equazione del sistema va riscritta come: s r y y r s y r y Ci si riconduce così a un sistema simmetrico del primo tipo: y s s r y 7
y 5 Esempio: Risolvere il sistema y 5 Il sistema si trasforma in quello equivalente: ed è semplice pervenire alle soluzioni: y 5 y 0 0,5 ; 5,0 SISTEMI DI DISEQUAZIONI RAZIONALI INTERE Definizione: Una sistema di disequazioni razionali intere è costituito da più disequazioni razionali intere che devono essere soddisfatte contemporaneamente. Per risolvere un sistema, quindi, bisogna risolvere singolarmente le disequazioni date e si prendono in considerazione le soluzioni comuni ad esse, cioè si considera l intersezione delle soluzioni. Se non esistono soluzioni comuni il sistema si dice incompatibile. Esempio: Risolvere il sistema di disequazioni 4 5 4 5 - -/ Le soluzioni sono quindi tutte le tali che. 8
ESERCIZI SUI SISTEMI DI EQUAZIONI DI PRIMO GRADO Risolvere i seguenti sistemi di equazioni di primo grado. 1) 1 y 1 y y y y 1 ) ) 4) 1 y y 4 y 1 y y 4 y 4 1 1 y 6 1 y 4 y y 1 5 y 5) 6) 1 y 1 15 5 5 15 y 1 15 5 y y y y y 7) 8) 9) 1 5 y y y 1 y y 5 y 0 5 11 y z 0 6 4 y z y 5 5 y y y z 4 1 1 1 ; ; y 1 z 1 y y ESERCIZI SUI SISTEMI DI EQUAZIONI DI SECONDO GRADO Risolvere i seguenti sistemi di equazioni di secondo grado. 1) ) 5) 6) ) 4) Risolvere i seguenti sistemi di disequazioni. SISTEMI DI DISEQUAZIONI 1) ) 4 5 1 1 0 5 11 0 1 4 ) 4) 5 0 6 8 0 1 6 1 4 4 9
5) 6) 7) 8) 9) 0 0 10 10 5 8 91 0 8 7 0 710 0 811 0 1 1 0 4 0 10) 0 0 4 4 0 11) 4 4 0 9 416 0 1 0 6 5 0 1) 8 19 0 5 0 Risolvere le seguenti disequazioni. DISEQUAZIONI DI GRADO SUPERIORE AL II 1 1 0 4 0 1) ) ) 4) 4 9 0 7 7 10 0 5) 4 4 1 0 6) 7) 4 4 10 1 0 6 7 1 6 0 8) 9) 4 5 5 4 0 10