Các hệ phương trình cơ bản (Nâng cao)
Hệ đối xứng loại I · Hệ đối xứng loại II · Hệ có yếu tố đẳng cấp
Hệ đối xứng loại I — đặt ẩn $S = x+y$, $P = xy$
- Hệ có dạng $\begin{cases} f(x,y)=0 \\ g(x,y)=0 \end{cases}$ với $f,g$ là đa thức đối xứng: $f(x,y)=f(y,x)$, $g(x,y)=g(y,x)$. Đổi chỗ $x,y$ thì hệ không đổi.
- Tính chất: nếu $(x_0;y_0)$ là nghiệm thì $(y_0;x_0)$ cũng là nghiệm.
- Phương pháp: đặt $S=x+y$, $P=xy$; giải tìm $S,P$ rồi $x,y$ là nghiệm của $X^2 - SX + P = 0$ (điều kiện $S^2 \ge 4P$).
1 Thí dụ 1
Giải hệ phương trình $\begin{cases} x+y+xy=-1 \\ x^2+y^2-xy=7 \end{cases}$
🔑 Lời giải
Đặt $S=x+y,\ P=xy$ rồi đưa hệ về ẩn $S,P$.Hệ $\iff \begin{cases} S+P=-1 \\ S^2-3P=7 \end{cases} \iff \left[\begin{array}{l} S=1,\ P=-2 \\ S=-4,\ P=3 \end{array}\right.$
- TH1: $\begin{cases} x+y=1 \\ xy=-2 \end{cases} \Rightarrow (x;y)=(-1;2)$ hoặc $(2;-1)$.
- TH2: $\begin{cases} x+y=-4 \\ xy=3 \end{cases} \Rightarrow (x;y)=(-1;-3)$ hoặc $(-3;-1)$.
Vậy tập nghiệm: $(-1;2),\ (2;-1),\ (-1;-3),\ (-3;-1)$.
2 Thí dụ 2
Giải hệ phương trình $\begin{cases} x^3+x^3y^3+y^3=17 \\ x+xy+y=5 \end{cases}$
🔑 Lời giải
Đặt $a=x+y,\ b=xy$, dùng $x^3+y^3=a^3-3ab$.Hệ $\iff \begin{cases} a^3+b^3-3ab=17 \\ a+b=5 \end{cases} \iff \begin{cases} a=5-b \\ (b-2)(b-3)=0 \end{cases} \iff \begin{cases} a=3\\ b=2 \end{cases} \text{ hoặc } \begin{cases} a=2\\ b=3 \end{cases}$
- $\begin{cases} x+y=3 \\ xy=2 \end{cases} \Rightarrow (y-1)(y-2)=0 \Rightarrow (x;y)=(2;1)$ hoặc $(1;2)$.
- $\begin{cases} x+y=2 \\ xy=3 \end{cases} \Rightarrow y^2-2y+3=0$ vô nghiệm.
Vậy nghiệm: $(x;y)=(1;2),\ (2;1)$.
3 Thí dụ 3
Giải hệ phương trình $\begin{cases} xy(x+y)=2 \\ x^3+y^3+x^3y^3+7(x+1)(y+1)=31 \end{cases}$
(Trích đề Chuyên KHTN Hà Nội năm 2018–2019)
🔑 Lời giải
Đặt $a=x+y,\ b=xy$ với $ab=2$.Đưa về $\begin{cases} ab=2 \\ a^3-3ab+b^3+7(a+b+1)=31 \end{cases}$, suy ra $(a+b)^3 - 6(a+b) - 6 + 7(a+b) - 24 = 0$.
$\iff (a+b)^3+(a+b)-30=0 \iff (a+b-3)\big[(a+b)^2+3(a+b)+10\big]=0$.
Vì $(a+b)^2+3(a+b)+10 \gt 0$ nên $a+b=3$. Kết hợp $ab=2$ và $a^2 \ge 4b$ được $\begin{cases} a=2 \\ b=1 \end{cases} \Rightarrow \begin{cases} x+y=2 \\ xy=1 \end{cases} \Rightarrow x=y=1$.
Vậy hệ có nghiệm duy nhất $(x;y)=(1;1)$.
Hệ đối xứng loại II — trừ vế tạo nhân tử $(x-y)$
- Hệ có dạng $\begin{cases} f(x,y)=0 \\ f(y,x)=0 \end{cases}$ với $f$ không đối xứng: đổi chỗ $x,y$ ở phương trình (1) thì được phương trình (2). Ví dụ $\begin{cases} x^2-2y=1 \\ y^2-2x=1 \end{cases}$.
- Phương pháp: trừ từng vế hai phương trình, đưa về tích $(x-y)\cdot A(x,y)=0 \iff \left[\begin{array}{l} x=y \\ A(x,y)=0 \end{array}\right.$
4 Thí dụ 4
Giải hệ phương trình $\begin{cases} x^2+\sqrt{x}=2y \\ y^2+\sqrt{y}=2x \end{cases}$
🔑 Lời giải
Trừ vế để tách nhân tử $\sqrt{x}-\sqrt{y}$.Điều kiện $x,y \ge 0$. Trừ hai phương trình:
$\big(\sqrt{x}-\sqrt{y}\big)\big[(\sqrt{x}+\sqrt{y})(x+y)+1+2(\sqrt{x}+\sqrt{y})\big]=0 \iff x=y$ (do ngoặc vuông $\gt 0$).
Khi $x=y$: $x^2+\sqrt{x}=2x \iff \sqrt{x}\,(\sqrt{x}-1)(x+\sqrt{x}-1)=0 \iff \left[\begin{array}{l} x=0 \\ x=1 \\ x=\dfrac{3-\sqrt5}{2} \end{array}\right.$
Vậy hệ có $3$ cặp nghiệm: $(0;0),\ (1;1),\ \left(\dfrac{3-\sqrt5}{2};\dfrac{3-\sqrt5}{2}\right)$.
5 Thí dụ 5
Giải hệ phương trình $\begin{cases} x^3+3x-1+\sqrt{2x+1}=y \\ y^3+3y-1+\sqrt{2y+1}=x \end{cases}$
🔑 Lời giải
Trừ vế kết hợp liên hợp căn.Điều kiện $x,y \ge -\dfrac12$; xét $x+y \ne -1$. Trừ hai phương trình:
$(x-y)\Big[x^2+xy+y^2+4+\dfrac{2}{\sqrt{2x+1}+\sqrt{2y+1}}\Big]=0 \iff x=y$.
Khi $x=y$: $x^3+2x-1+\sqrt{2x+1}=0 \iff x\Big[x^2+1+\dfrac{2}{\sqrt{2x+1}+1}\Big]=0 \iff x=0$.
Vậy hệ có nghiệm duy nhất $x=y=0$.
6 Thí dụ 6
Giải hệ phương trình $\begin{cases} (x-1)(y^2+6)=y(x^2+1) \\ (y-1)(x^2+6)=x(y^2+1) \end{cases}$
🔑 Lời giải
Trừ vế để tách $(x-y)$, sau đó cộng vế cho trường hợp còn lại.Khai triển rồi trừ vế: $(x-y)(x+y-2xy+7)=0 \iff \left[\begin{array}{l} x=y \\ x+y-2xy+7=0 \end{array}\right.$
- Nếu $x=y$: $x^2-5x+6=0 \Rightarrow (x;y)=(2;2)$ hoặc $(3;3)$.
- Nếu $x+y-2xy+7=0$ $\iff (1-2x)(1-2y)=15$. Cộng hai phương trình: $(2x-5)^2+(2y-5)^2=2$.
Đặt $a=2x-5,\ b=2y-5$:
$\begin{cases} a^2+b^2=2 \\ (a+4)(b+4)=15 \end{cases} \iff \left[\begin{array}{l} a+b=0,\ ab=-1 \\ a+b=-8,\ ab=31 \end{array}\right.$
TH1 $\Rightarrow (x;y)=(3;2),(2;3)$; TH2 vô nghiệm.
Vậy nghiệm: $(2;2),\ (3;3),\ (2;3),\ (3;2)$.
Hệ đẳng cấp — đặt $t=\dfrac{x}{y}$
- Là hệ mà khi nhân hoặc chia hai phương trình cho nhau tạo ra phương trình đẳng cấp bậc $n$: $a_1x^n+a_kx^{n-k}y^k+\dots+a_ny^n=0$.
- Xét $y=0$ (thay tìm $x$); với $y\ne 0$ đặt $t=\dfrac{x}{y}$ đưa về phương trình một ẩn $t$.
7 Thí dụ 7
Giải hệ phương trình $\begin{cases} 2x^2+3xy+y^2=12 \\ x^2-xy+3y^2=11 \end{cases}$
(Trích đề thi thử Chuyên Nguyễn Huệ năm 2015–2016)
🔑 Lời giải
Khử hằng số để tạo phương trình đẳng cấp bậc 2, rồi đặt $t=\dfrac{x}{y}$.Nhân $(1)$ với $11$, $(2)$ với $12$ rồi trừ: $10x^2+45xy-25y^2=0 \iff 2x^2+9xy-5y^2=0$.
$y\ne 0$, chia $y^2$ và đặt $t=\dfrac{x}{y}$: $\;2t^2+9t-5=0 \iff (2t-1)(t+5)=0 \iff \left[\begin{array}{l} t=\frac12 \\ t=-5 \end{array}\right.$
- $x=\dfrac{y}{2}$ thay vào (1): $y^2=4 \Rightarrow (x;y)=(1;2),(-1;-2)$.
- $x=-5y$ thay vào (1): $36y^2=12 \Rightarrow (x;y)=\left(-\dfrac{5\sqrt3}{3};\dfrac{\sqrt3}{3}\right),\left(\dfrac{5\sqrt3}{3};-\dfrac{\sqrt3}{3}\right)$.
Vậy nghiệm: $(1;2),\ (-1;-2),\ \left(-\dfrac{5\sqrt3}{3};\dfrac{\sqrt3}{3}\right),\ \left(\dfrac{5\sqrt3}{3};-\dfrac{\sqrt3}{3}\right)$.
8 Thí dụ 8
Giải hệ phương trình $\begin{cases} x^2-2y^2=-1 \\ 2x^3-y^3=2y-x \end{cases}$
(Trích đề Chuyên Vũng Tàu năm 2019–2020)
🔑 Lời giải
Nhân chéo tạo phương trình đẳng cấp bậc 3.$2x^3-y^3=(x^2-2y^2)(x-2y) \iff x^3+2x^2y+2xy^2-5y^3=0 \iff (x-y)(x^2+3xy+5y^2)=0$.
- TH1: $x=y$ thay vào (1) $\Rightarrow x=y=\pm 1$.
- TH2: $x^2+3xy+5y^2=\left(x+\dfrac32 y\right)^2+\dfrac{11}{4}y^2=0 \Rightarrow x=y=0$ (thử lại không thỏa).
Vậy hệ có hai nghiệm: $(1;1),\ (-1;-1)$.
9 Thí dụ 9
Giải hệ phương trình $\begin{cases} x^2=(2-y)(2+y) \\ 2x^3=(x+y)(4-xy) \end{cases}$
(Trích đề Chuyên Quảng Ninh năm 2019–2020)
🔑 Lời giải
Thế hằng số $4=x^2+y^2$ để tạo dạng đẳng cấp.Hệ $\iff \begin{cases} x^2+y^2=4 \\ 2x^3=(x+y)(4-xy) \end{cases}$. Thế $4=x^2+y^2$:
$2x^3=(x+y)(x^2-xy+y^2)=x^3+y^3 \iff x^3=y^3 \iff x=y$.
Thay $x=y$ vào (1): $x^2=2 \Rightarrow x=\pm\sqrt2$. Vậy nghiệm: $\big(\sqrt2;\sqrt2\big),\ \big(-\sqrt2;-\sqrt2\big)$.
⚠️ Chú ý ghi nhớ
- Đối xứng loại I: đặt $S=x+y$, $P=xy$; luôn kiểm tra điều kiện $S^2 \ge 4P$ trước khi kết luận nghiệm.
- Đối xứng loại II: trừ vế để có nhân tử $(x-y)$; phần còn lại thường $\gt 0$ nên dẫn tới $x=y$. Khi cần, cộng vế để xử lý trường hợp $x \ne y$.
- Đẳng cấp: khử/thế hằng số để đưa về phương trình thuần bậc $n$, rồi đặt $t=\dfrac{x}{y}$ (nhớ xét riêng $y=0$).