ม.ต้น · 25 นาที

ระบบสมการเชิงเส้นสองตัวแปร แก้ด้วยกราฟ

ทำความเข้าใจว่าคำตอบของระบบสมการคือจุดตัดของเส้นตรงสองเส้น แยกกรณีตัดกัน ขนานกัน และทับกัน ตรวจคำตอบด้วยการแทนค่า แล้วทดลองในห้องทดลองกราฟที่รองรับเศษส่วนและขยายเต็มจอได้

ปกด้านในบทระบบสมการเชิงเส้น มีครูผู้หญิงยืนข้างกราฟสามแบบ คือตัดกันมีคำตอบเดียว ขนานกันไม่มีคำตอบ และทับกันมีคำตอบมากมายไม่จำกัด

ระบบสมการเชิงเส้นสองตัวแปรคืออะไร

สมการเชิงเส้นสองตัวแปรเขียนได้ในรูป ax + by = c เมื่อ a, b และ c เป็นจำนวนจริง และ a กับ b ไม่เป็นศูนย์พร้อมกัน คำตอบของสมการหนึ่งสมการคือคู่อันดับ (x, y) ที่แทนค่าแล้วทำให้สมการเป็นจริง ซึ่งมีมากมายไม่จำกัด เมื่อนำทุกคู่อันดับไปเขียนกราฟจะได้เส้นตรงหนึ่งเส้น ระบบสมการเชิงเส้นสองตัวแปรคือการพิจารณาสมการแบบนี้สองสมการพร้อมกัน คำตอบของระบบคือคู่อันดับที่ทำให้ทั้งสองสมการเป็นจริงในเวลาเดียวกัน ควรรู้วิธีแทนค่าในสมการและการเขียนกราฟเส้นตรงก่อนเริ่ม

ตัวอย่าง

ระบบสมการ x + y = 5 และ x − y = 1 มีคำตอบคือ (3, 2) เพราะ 3 + 2 = 5 และ 3 − 2 = 1 เป็นจริงทั้งคู่ ส่วน (4, 1) ทำให้สมการแรกเป็นจริง (4 + 1 = 5) แต่สมการที่สองไม่จริง (4 − 1 = 3 ซึ่งไม่เท่ากับ 1) จึงไม่ใช่คำตอบของระบบ

กราฟ y เท่ากับ 5 ลบ x และ x ลบ 1 ตัดกันที่ 3 2 ส่วนจุด 4 1 อยู่บนเส้นแรกเท่านั้น
จุด (3, 2) ทำให้ทั้ง x + y = 5 และ x − y = 1 เป็นจริง ส่วน (4, 1) ผ่านเพียงสมการแรก

คำตอบของระบบคือจุดตัดของกราฟ

ทุกจุดบนเส้นตรงของสมการแรกทำให้สมการแรกเป็นจริง และทุกจุดบนเส้นตรงของสมการที่สองทำให้สมการที่สองเป็นจริง จุดที่ทำให้เป็นจริงทั้งสองสมการจึงต้องอยู่บนทั้งสองเส้นพร้อมกัน ซึ่งก็คือจุดที่เส้นตรงทั้งสองตัดกัน การแก้ระบบสมการด้วยกราฟจึงทำได้โดยเขียนกราฟของทั้งสองสมการบนแกนเดียวกัน แล้วอ่านพิกัดของจุดตัด

ตัวอย่าง

เขียนกราฟของ −x + y = 3 (ผ่านจุด (0, 3) และ (−3, 0)) กับ x + y = 1 (ผ่านจุด (0, 1) และ (1, 0)) จะเห็นว่าเส้นทั้งสองตัดกันที่ (−1, 2) ตรวจ: −(−1) + 2 = 3 และ −1 + 2 = 1 เป็นจริงทั้งคู่

กราฟ y เท่ากับ x บวก 3 และ 1 ลบ x ตัดกันที่ลบ 1 2 พร้อมจุดตัดแกน
เส้น −x + y = 3 ผ่าน (0, 3), (−3, 0) และเส้น x + y = 1 ผ่าน (0, 1), (1, 0) จุดตัดคือ (−1, 2)

ตัดกัน ขนานกัน หรือทับกัน

เส้นตรงสองเส้นบนระนาบเกิดได้ 3 แบบ จึงบอกจำนวนคำตอบได้จากกราฟ ถ้าตัดกันหนึ่งจุด ระบบมีคำตอบเดียว ถ้าขนานกัน ไม่มีจุดใดอยู่บนทั้งสองเส้น ระบบจึงไม่มีคำตอบ และถ้าทับกันสนิท ทุกจุดบนเส้นเป็นคำตอบ ระบบจึงมีคำตอบมากมายไม่จำกัด เมื่อเขียนสมการในรูป y = mx + b ซึ่ง m คือความชันและ b คือจุดตัดแกน y จะดูได้ง่ายขึ้น ความชันต่างกันแปลว่าตัดกันแน่นอน ความชันเท่ากันแต่ b ต่างกันแปลว่าขนาน ส่วนความชันและ b เท่ากันแปลว่าเป็นเส้นเดียวกัน

ตัวอย่าง

y = 2x + 1 กับ y = 2x − 3 มีความชัน 2 เท่ากันแต่ตัดแกน y ต่างกัน เส้นจึงขนานกันและไม่มีคำตอบ ส่วน x + 2y = 4 กับ 2x + 4y = 8 เป็นสมการเดียวกัน (สมการที่สองคือสมการแรกคูณ 2) เส้นจึงทับกันและมีคำตอบมากมายไม่จำกัด

กราฟสามกรณีแสดงเส้นตัดกัน เส้นขนาน y เท่ากับ 2x บวก 1 และ 2x ลบ 3 และเส้นทับกันจาก x บวก 2y เท่ากับ 4
ความชันต่างกันมีคำตอบเดียว ความชันเท่ากันแต่ตัดแกนต่างกันไม่มีคำตอบ สมการเทียบเท่ากันมีคำตอบไม่จำกัด

ตรวจคำตอบด้วยการแทนค่า

การอ่านค่าจากกราฟอาจคลาดเคลื่อนได้ จึงควรตรวจทุกครั้งโดยแทน x และ y ของจุดที่อ่านได้ลงในทั้งสองสมการ ถ้าเป็นจริงทั้งสองสมการ จุดนั้นคือคำตอบ ถ้าจริงเพียงสมการเดียว แปลว่าจุดนั้นอยู่บนเส้นเพียงเส้นเดียว ไม่ใช่จุดตัด

ตัวอย่าง

แทน (0, −1) ใน −x + y = 3 ได้ −(0) + (−1) = −1 ซึ่งไม่เท่ากับ 3 และแทนใน x + y = 1 ได้ 0 + (−1) = −1 ซึ่งไม่เท่ากับ 1 จุด (0, −1) จึงไม่ใช่คำตอบ ส่วน (−1, 2) แทนแล้วเป็นจริงทั้งสองสมการ

กราฟจุดตัดลบ 1 2 และจุดตรวจ 0 ลบ 1 ที่ไม่อยู่บนทั้งสองเส้น
จุด (0, −1) แทนแล้วได้ −1 ทั้งสองสมการ จึงไม่ใช่คำตอบ ส่วน (−1, 2) ผ่านทั้งคู่

เมื่อคำตอบเป็นเศษส่วน ต้องคำนวณด้วย

ถ้าจุดตัดไม่อยู่บนเส้นตาราง กราฟบอกได้เพียงค่าประมาณ เช่น อยู่ระหว่าง 1 กับ 2 จึงต้องคำนวณหาค่าที่แน่นอน วิธีกำจัดตัวแปรทำได้โดยจัดสมการให้อยู่ในรูป ax + by = c คูณเพื่อกำจัดเศษส่วน แล้วคูณให้สัมประสิทธิ์ของตัวแปรหนึ่งเท่ากันหรือเป็นจำนวนตรงข้ามกัน จากนั้นนำสมการมาบวกหรือลบกันให้ตัวแปรนั้นหายไป

ตัวอย่าง

ระบบ y = 23x + 1 และ x + y = 72 ย้ายข้างแล้วคูณ 3 ได้ −2x + 3y = 3 คูณสมการที่สองด้วย 2 ได้ 2x + 2y = 7 นำมาบวกกันได้ 5y = 10 จึงได้ y = 2 แทนกลับได้ 2x + 4 = 7 หรือ x = 32 คำตอบคือ (32, 2) ซึ่งบนกราฟอยู่ระหว่าง x = 1 กับ x = 2 พอดี

กราฟ y เท่ากับสองส่วนสาม x บวก 1 และ y เท่ากับเจ็ดส่วนสองลบ x ตัดกันที่สามส่วนสอง 2
x = 32 อยู่กึ่งกลางระหว่าง 1 และ 2 ใช้การคำนวณยืนยันว่า y = 2

ใช้ห้องทดลองด้านล่าง

ห้องทดลองมีสองโหมด โหมดสำรวจให้ปรับค่า a, b, c หรือ m, b ด้วยแถบเลื่อน หรือพิมพ์ค่าเป็นเศษส่วนได้ เส้นบนกราฟจะเปลี่ยนตามทันที ลากจุดสีม่วงเพื่อตรวจคำตอบ และดูวิธีทำกับตารางค่าทางขวา ส่วนโหมดฝึกทำโจทย์จะสุ่มระบบสมการให้หาคำตอบเองก่อนเฉลย กดปุ่มเต็มจอเพื่อใช้กับจอหรือโปรเจกเตอร์ในห้องเรียนได้

ตัวอย่าง

ลองกด “ขนานกัน” แล้วเปลี่ยน m ของสมการที่ 2 ทีละ 12 สังเกตว่าเมื่อความชันต่างกันเพียงเล็กน้อย เส้นก็ตัดกันทันที แล้วเปิดแท็บตารางค่าเพื่อหาแถวที่ y ของสองสมการเท่ากัน

กราฟ y เท่ากับ 2x บวก 1 และ 1.5x ลบ 3 ตัดกันที่ลบ 8 ลบ 15 หลังเปลี่ยนความชันจาก 2 เป็น 1.5
เริ่มจากเส้นขนาน y = 2x + 1 กับ y = 2x − 3 แล้วลดความชันเส้นที่สองทีละ 12 จุดตัดใหม่คือ (−8, −15)

ห้องทดลองระบบสมการ

แก้ระบบสมการเชิงเส้นสองตัวแปรด้วยกราฟ
สมการที่ 1
−x + y = 3
a
b
c
สมการที่ 2
x + y = 1
a
b
c
ลองตัวอย่าง
จุดเลื่อนทีละ
ชวนคิด

ถ้าให้ a และ b ของสองสมการเป็นสัดส่วนเดียวกัน แต่ c ไม่เป็นสัดส่วนเดียวกัน เส้นตรงจะเป็นอย่างไร?

ตัดกัน 1 จุด → มีคำตอบเดียว
−x + y = 3x + y = 1
ลากพื้นหลังเพื่อเลื่อน · หมุนล้อ/บีบนิ้วเพื่อซูม
พิมพ์พิกัดจุดตรวจ (ใส่เศษส่วนได้ เช่น 2/3, −1 1/2)
สมการที่ 1: −x + y = 3
(−1)(0) + 1(−1) = 3
−1 ≠ 3 ✗ ไม่จริง
สมการที่ 2: x + y = 1
1(0) + 1(−1) = 1
−1 ≠ 1 ✗ ไม่จริง
(0, −1) ไม่เป็นคำตอบของระบบสมการ
ต้องเป็นจริงทั้งสองสมการพร้อมกัน
← กลับไปเลือกบทเรียน