🛠️ Công cụ

CĐ1 - Bài 2: Ứng dụng hệ phương trình bậc nhất ba ẩn

Lý thuyết và bài tập CĐ1 - Bài 2: Ứng dụng hệ phương trình bậc nhất ba ẩn — Toán 10 Kết nối tri thức.

📖 Lý thuyết✍️ Dạng toán & bài tập🎯 Trắc nghiệm

Bài 2: Ứng dụng của hệ phương trình bậc nhất ba ẩn

I. Tóm tắt lý thuyết trọng tâm

Toán học không chỉ là những con số trừu tượng mà còn là công cụ mạnh mẽ để giải quyết các vấn đề trong Khoa học tự nhiên và đời sống. Hệ phương trình bậc nhất ba ẩn được ứng dụng rộng rãi để mô hình hóa nhiều bài toán thực tế.

📋 Quy trình giải bài toán bằng cách lập hệ phương trình
  • Bước 1: Phân tích bài toán, chọn các đại lượng chưa biết làm ẩn số (thường là x,y,zx, y, z). Đặt điều kiện và đơn vị cho ẩn.
  • Bước 2: Dựa vào các giả thiết và mối liên hệ giữa các đại lượng, lập hệ gồm 3 phương trình bậc nhất ba ẩn.
  • Bước 3: Giải hệ phương trình vừa lập (có thể dùng phương pháp Gauss hoặc máy tính cầm tay).
  • Bước 4: Đối chiếu nghiệm với điều kiện ban đầu, giải thích ý nghĩa thực tế và kết luận.

II. Các Dạng Toán Ứng Dụng Điển Hình

Dạng 1: Ứng dụng trong Vật lí (Tính toán mạch điện)

Theo định luật Kirchhoff 1 (nút mạch) và Kirchhoff 2 (mạch vòng), ta có thể thiết lập hệ phương trình để tính cường độ dòng điện đi qua các nhánh của dòng điện phức tạp.

🔍 Ví dụ 1: Tìm cường độ dòng điện qua các điện trở

Một mạch điện gồm 2 nguồn điện E1=14VE_1 = 14V, E2=14VE_2 = 14V và 3 điện trở R1=2ΩR_1 = 2\Omega, R2=1ΩR_2 = 1\Omega, R3=4ΩR_3 = 4\Omega. Gọi I1,I2,I3I_1, I_2, I_3 (A) lần lượt là cường độ dòng điện chạy qua ba điện trở. Áp dụng định luật Kirchhoff, ta có hệ phương trình:

{I1+I2I3=0(Định luật veˆˋ nuˊt mạch)R1I1+R3I3=E1(Mạch voˋng 1)R2I2+R3I3=E2(Mạch voˋng 2)\begin{cases} I_1 + I_2 - I_3 = 0 \quad \text{(Định luật về nút mạch)} \\ R_1 I_1 + R_3 I_3 = E_1 \quad \text{(Mạch vòng 1)} \\ R_2 I_2 + R_3 I_3 = E_2 \quad \text{(Mạch vòng 2)} \end{cases}

Tính I1,I2,I3I_1, I_2, I_3.

💡 Xem lời giải
  • Thay các giá trị điện trở và suất điện động vào hệ, ta được:
{I1+I2I3=02I1+4I3=14I2+4I3=14{I1+I2I3=0I1+2I3=7I2+4I3=14\begin{cases} I_1 + I_2 - I_3 = 0 \\ 2I_1 + 4I_3 = 14 \\ I_2 + 4I_3 = 14 \end{cases} \Leftrightarrow \begin{cases} I_1 + I_2 - I_3 = 0 \\ I_1 + 2I_3 = 7 \\ I_2 + 4I_3 = 14 \end{cases}
  • Từ hai phương trình cuối, ta có I1=72I3I_1 = 7 - 2I_3I2=144I3I_2 = 14 - 4I_3.
  • Thế vào phương trình đầu: (72I3)+(144I3)I3=0217I3=0I3=3(7 - 2I_3) + (14 - 4I_3) - I_3 = 0 \Rightarrow 21 - 7I_3 = 0 \Rightarrow I_3 = 3 (A).
  • Suy ra I1=72(3)=1I_1 = 7 - 2(3) = 1 (A), và I2=144(3)=2I_2 = 14 - 4(3) = 2 (A).
  • Vậy cường độ dòng điện qua các điện trở R1,R2,R3R_1, R_2, R_3 lần lượt là 1A,2A,3A1\text{A}, 2\text{A}, 3\text{A}.

Dạng 2: Ứng dụng trong Hóa học (Cân bằng phản ứng)

Hệ phương trình tuyến tính là lõi của thuật toán cân bằng phân tử trong các phản ứng hóa học phức tạp. Bằng cách bảo toàn tỉ lệ số nguyên tử mỗi nguyên tố ở hai vế, ta tìm được tập nghiệm cho phép chọn bộ hệ số nguyên dương nhỏ nhất.

🔍 Ví dụ 2: Cân bằng phản ứng Oxi hóa - Khử

Cân bằng phương trình phản ứng hóa học sau bằng phương pháp đại số:
xNH3+yO2t,PtzNO+tH2Ox NH_3 + y O_2 \xrightarrow{t^\circ, Pt} z NO + t H_2O

💡 Xem lời giải
  • Theo định luật bảo toàn nguyên tố đối với Nitơ (N), Hiđro (H) và Oxi (O), ta lần lượt có các phương trình:
    • N: x=zx = z \quad (1)
    • H: 3x=2t3x = 2t \quad (2)
    • O: 2y=z+t2y = z + t \quad (3)
  • Hệ có 4 ẩn nên ta có thể chọn giá trị cho một ẩn tùy ý. Để thuận tiện, giả sử ta gán sẵn t=1t = 1. Khi đó:
{xz=03x=22yz=1{x=23z=232y=1+23y=56\begin{cases} x - z = 0 \\ 3x = 2 \\ 2y - z = 1 \end{cases} \Rightarrow \begin{cases} x = \frac{2}{3} \\ z = \frac{2}{3} \\ 2y = 1 + \frac{2}{3} \Rightarrow y = \frac{5}{6} \end{cases}
  • Bộ nghiệm thu được là (x;y;z;t)=(23;56;23;1)(x; y; z; t) = \left(\frac{2}{3}; \frac{5}{6}; \frac{2}{3}; 1\right).
  • Để các hệ số phản ứng là các số nguyên dương nhỏ nhất, ta nhân tất cả với mẫu số chung nhỏ nhất là 6: x=4,y=5,z=4,t=6x = 4, \quad y = 5, \quad z = 4, \quad t = 6.
  • Phương trình cân bằng: 4NH3+5O2t,Pt4NO+6H2O4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{t^\circ, Pt} 4NO + 6H_2O.

Dạng 3: Ứng dụng trong Toán học (Viết phương trình đồ thị)

Thông qua việc giải hệ 3 ẩn, ta có thể tìm ra đa thức f(x)=ax2+bx+cf(x) = ax^2 + bx + c khi biết đồ thị đi qua ba điểm phân biệt đã cho.

🔍 Ví dụ 3: Lập phương trình Parabol

Tìm các hệ số a,b,ca, b, c (a0a \ne 0) biết đồ thị hàm số (P):y=ax2+bx+c(P): y = ax^2 + bx + c đi qua ba điểm A(1;6),B(1;0)A(-1; 6), B(1; 0)C(2;3)C(2; 3).

💡 Xem lời giải

Thay tọa độ ba điểm vào phương trình parabol, ta lập được hệ phương trình với 3 ẩn a,b,ca, b, c:

  • Điểm A(1;6)A(-1; 6): a(1)2+b(1)+c=6ab+c=6a(-1)^2 + b(-1) + c = 6 \Rightarrow a - b + c = 6 \quad (1)
  • Điểm B(1;0)B(1; 0): a(1)2+b(1)+c=0a+b+c=0a(1)^2 + b(1) + c = 0 \Rightarrow a + b + c = 0 \quad (2)
  • Điểm C(2;3)C(2; 3): a(2)2+b(2)+c=34a+2b+c=3a(2)^2 + b(2) + c = 3 \Rightarrow 4a + 2b + c = 3 \quad (3)

Trừ (1) cho (2) vế theo vế: (ab+c)(a+b+c)=602b=6b=3(a-b+c) - (a+b+c) = 6 - 0 \Rightarrow -2b = 6 \Rightarrow b = -3. Thay b=3b = -3 vào phương trình (2) và (3), ta thu được:

{a3+c=04a6+c=3{a+c=34a+c=9\begin{cases} a - 3 + c = 0 \\ 4a - 6 + c = 3 \end{cases} \Leftrightarrow \begin{cases} a + c = 3 \\ 4a + c = 9 \end{cases}

Trừ phương trình dưới cho phương trình trên: 3a=6a=23a = 6 \Rightarrow a = 2. Suy ra c=32=1c = 3 - 2 = 1. Vậy hệ số cần tìm là a=2,b=3,c=1a=2, b=-3, c=1. Khúc parabol có dạng: y=2x23x+1y = 2x^2 - 3x + 1.

Dạng 4: Ứng dụng trong Kinh tế - Đời sống

Bài toán mua bán, lên kế hoạch chi tiêu, trộn hợp kim, pha hóa chất… là những ứng dụng phổ biến, thường yêu cầu thành lập bảng các phân số hệ thống để giải quyết.

🔍 Ví dụ 4: Bài toán bán hàng

Một cửa hàng kinh doanh 3 loại gạo: Gạo quê (15,000 đ/kg), Gạo thơm (18,000 đ/kg) và Gạo ST25 (20,000 đ/kg). Trong một ngày cửa hàng bán được tổng cộng 100 kg gạo, thu về số tiền là 1.780.000 đồng. Biết rằng khối lượng Gạo ST25 bán ra bằng đúng tổng khối lượng bán ra của hai loại gạo kia. Hỏi cửa hàng đã bán bao nhiêu kg mỗi loại?

💡 Xem lời giải

Gọi x,y,zx, y, z (kg) lần lượt là khối lượng Gạo quê, Gạo thơm và Gạo ST25 đã bán được (x,y,z>0x, y, z > 0).

  • Từ dữ kiện “Khối lượng gạo ST25 bán bằng tổng hai loại kia”, ta có: z=x+yz = x + y hay x+yz=0x + y - z = 0.
  • Tổng khối lượng là 100kg: x+y+z=100x + y + z = 100.
  • Tổng doanh thu (tính theo ngàn đồng): 15x+18y+20z=178015x + 18y + 20z = 1780. Hệ phương trình của bài toán là:
{x+yz=0x+y+z=10015x+18y+20z=1780\begin{cases} x + y - z = 0 \\ x + y + z = 100 \\ 15x + 18y + 20z = 1780 \end{cases}
  • Từ hai phương trình đầu: (x+y)z=0(x+y) - z = 0(x+y)+z=1002(x+y)=100x+y=50(x+y) + z = 100 \Rightarrow 2(x+y) = 100 \Rightarrow x+y=50z=50z=50.
  • Thay z=50z=50 vào phương trình thứ ba: 15x+18y+20(50)=178015x+18y=78015x + 18y + 20(50) = 1780 \Rightarrow 15x + 18y = 780.
  • Ta có hệ nhỏ: {x+y=5015x+18y=780{15x+15y=75015x+18y=7803y=30y=10x=40\begin{cases} x + y = 50 \\ 15x + 18y = 780 \end{cases} \Leftrightarrow \begin{cases} 15x + 15y = 750 \\ 15x + 18y = 780 \end{cases} \Rightarrow 3y = 30 \Rightarrow y = 10 \Rightarrow x = 40. Vậy cửa hàng đã bán 40 kg gạo quê, 10 kg gạo thơm và 50 kg gạo ST25.


📝 Bài tập thực hành

Làm các câu hỏi sau để củng cố kiến thức. Hệ thống sẽ hiện đáp án và giải thích ngay sau khi bạn chọn hoặc điền xong.

Câu 1:Khi phân tích một mạch điện nhiều vòng, Định luật Kirchhoff 1 (định luật nút) thường tạo ra phương trình nào sau đây?
Câu 2:Hệ số a, b, c nào dưới đây tạo nên parabol đi qua 3 điểm (0; 0), (1; 1) và (2; 4)?
Đúng / Sai
Câu 3Đánh giá tính đúng sai của những phát biểu sau liên quan đến việc ứng dụng hệ phương trình:
a)Trong ứng dụng cân bằng hóa học, hệ bắt buộc chỉ có nghiệm duy nhất để bài toán có nghĩa.
b)Dùng hệ phương trình giúp tìm ra đa thức bậc hai khi biết đồ thị của nó đi qua 3 điểm phân biệt.
c)Trong bài toán kinh tế, khi thiết lập hệ ta không cần quan tâm đến điều kiện ẩn số.
d)Bằng thuật toán Gauss, có thể lập trình để máy tính và các trung tâm tính toán giải quyết tốt bài toán mạng lưới điện rộng lớn.
Câu 4:Theo công thức cân bằng phản ứng P + O2 -> P2O5 là 4P + 5O2 -> 2P2O5. Gọi hệ số của P2O5 là z. Nếu giả sử giải hệ phương trình với điều kiện bảo toàn Oxi và quy định z = 4 thì hệ số x của P phải là bao nhiêu?
🎯

Luyện tập trắc nghiệm

Câu hỏi ngẫu nhiên từ ngân hàng đề — kiểm tra kiến thức ngay!

🚀 Làm bài trắc nghiệm →
Miễn phí · Mở trong tab mới