11. Sınıf · Denklem ve Eşitsizlik Sistemleri

İkinci Dereceden Denklem Sistemleri

~8 dk okumaZorluk: Zor17 çözümlü soru

Bir denklem sistemi, aynı anda sağlanması gereken birden çok denklemin bir araya gelmesidir. Bu derste ikinci dereceden iki bilinmeyenli denklem sistemlerini çözeceğiz: bir doğru ile bir parabolün (y=ax^2+bx+c ile y=mx+n) ya da iki eğrinin ortak noktalarını arayacağız. Ana yöntemimiz yerine koyma (yok etme) olacak: bir bilinmeyeni diğeri cinsinden yazıp tek bilinmeyenli ikinci dereceden bir denkleme indirgeyeceğiz. Çözüm sayısının (0, 1 ya da 2) ne anlama geldiğini diskriminant (\Delta) ile geometrik olarak yorumlayacağız. Bol örnek ve "Sıra Sende" alıştırmalarıyla pekiştireceğiz.

1. Doğrusal–İkinci Derece Sistemi: Yerine Koyma

En sık karşılaşılan sistem, bir doğrusal denklem ile bir ikinci dereceden denklemden oluşur:

\begin{cases} y = x^2 + bx + c \\ y = mx + n \end{cases}

Her iki denklemde de y yalnız olduğundan, ifadeleri eşitleriz. Bu, tek bilinmeyenli ikinci dereceden bir denklem verir; köklerini bulup karşılık gelen y değerlerini hesaplarız. Geometrik olarak çözümler, doğru ile eğrinin kesişim noktalarıdır.

Örnek
Soru

\begin{cases} y = x^2 \\ y = x + 2 \end{cases} sistemini çözünüz.

  1. İki ifadeyi eşitle: x^2 = x + 2.
  2. Bir tarafa topla: x^2 - x - 2 = 0.
  3. Çarpanlara ayır: (x-2)(x+1)=0 \Rightarrow x=2 veya x=-1.
  4. y değerleri (y=x+2): x=2 için y=4; x=-1 için y=1.
Sonuç: (2,\,4) ve (-1,\,1).

2. Çözüm Sayısı ve Diskriminant

Yerine koyma sonunda ax^2+bx+c=0 biçiminde bir denklem elde ederiz. Kök sayısı, doğru ile eğrinin kesişim sayısını verir ve \Delta=b^2-4ac ile belirlenir:

\Delta>0 \Rightarrow \text{2 kesişim} \qquad \Delta=0 \Rightarrow \text{1 kesişim (teğet)} \qquad \Delta<0 \Rightarrow \text{kesişim yok}

\Delta=0 durumunda doğru, eğriye teğettir (bir ortak nokta). \Delta<0 ise sistem reel çözümsüzdür.

xy13(0,3)T(2, −1)x = 2
Şekil 1 — y=x^2-4x+3 parabolü; kökleri x=1 ve x=3, tepe noktası T(2,-1). Bir doğru bu eğriyi \Delta'ya göre iki noktada keser, teğet geçer ya da hiç kesmez.
Örnek
Soru

\begin{cases} y = x^2 + 1 \\ y = 2x \end{cases} sisteminin kaç çözümü vardır?

İfadeleri eşitleyip ax^2+bx+c=0 biçimine getir, sonra \Delta=b^2-4ac işaretine bak.

  1. Eşitle: x^2+1=2x \Rightarrow x^2-2x+1=0.
  2. \Delta=(-2)^2-4\cdot1\cdot1=4-4=0.
  3. \Delta=0 olduğundan tek çözüm vardır (doğru parabole teğet).
  4. Tek kök: x=\dfrac{2}{2}=1, y=2\cdot1=2.
Sonuç: Bir çözüm: (1,\,2) (teğet).

3. İki Bilinmeyen, Tek Denklem: x'i Çekme

Sistemin doğrusal denklemi y yerine x ile verilmiş olabilir (x=\dots) ya da x+y, x-y gibi bir bağıntı içerebilir. O zaman doğrusal denklemden bir bilinmeyeni çekip ikinci dereceden denklemde yerine koyarız.

Örnek
Soru

\begin{cases} x + y = 5 \\ x^2 + y^2 = 13 \end{cases} sistemini çözünüz.

  1. Doğrusal denklemden y'yi çek: y = 5 - x.
  2. İkinci denklemde yerine koy: x^2 + (5-x)^2 = 13.
  3. Aç: x^2 + 25 - 10x + x^2 = 13 \Rightarrow 2x^2 - 10x + 12 = 0.
  4. 2'ye böl: x^2 - 5x + 6 = 0 \Rightarrow (x-2)(x-3)=0.
  5. x=2 \Rightarrow y=3; \;x=3 \Rightarrow y=2.
Sonuç: (2,\,3) ve (3,\,2).

4. Çarpım ve Toplam Verilen Sistemler

\begin{cases} x+y=S \\ xy=P \end{cases} biçimindeki sistemlerde x ve y, kökleri toplamı S, çarpımı P olan

t^2 - S\,t + P = 0

denkleminin kökleridir (Vieta bağıntıları). Bu, simetrik sistemleri hızla çözmenin pratik yoludur.

Örnek
Soru

\begin{cases} x+y=7 \\ xy=12 \end{cases} sistemini çözünüz.

x ve y, t^2 - (x+y)t + xy = 0 denkleminin kökleridir.

  1. Yardımcı denklemi kur: t^2 - 7t + 12 = 0.
  2. Çarpanlara ayır: (t-3)(t-4)=0 \Rightarrow t=3 veya t=4.
  3. Kökler 3 ve 4 olduğundan \{x,y\}=\{3,4\}.
Sonuç: (3,\,4) ve (4,\,3).

Çözümlü Örnekler

Örnek
Soru

\begin{cases} y = x^2 - 3x \\ y = x - 3 \end{cases} sistemini çözünüz.

  1. Eşitle: x^2 - 3x = x - 3.
  2. Düzenle: x^2 - 4x + 3 = 0 \Rightarrow (x-1)(x-3)=0.
  3. x=1 veya x=3.
  4. y=x-3: x=1 \Rightarrow y=-2; \;x=3 \Rightarrow y=0.
Sonuç: (1,\,-2) ve (3,\,0).
Örnek
Soru

y = x^2 - 2x + 4 parabolü ile y = k doğrusunun teğet olması için k kaç olmalıdır?

Eşitleyince oluşan ikinci dereceden denklemde \Delta=0 olmalı; ya da tepe noktasının y değerini bul.

  1. Eşitle: x^2 - 2x + 4 = k \Rightarrow x^2 - 2x + (4-k) = 0.
  2. Teğet için \Delta=0: (-2)^2 - 4(4-k) = 0.
  3. 4 - 16 + 4k = 0 \Rightarrow 4k = 12 \Rightarrow k = 3.
  4. Kontrol: tepe noktası x=1'de y=1-2+4=3 — yatay doğru tam tepeye teğet.
Sonuç: k=3.
Örnek
Soru

\begin{cases} x - y = 1 \\ xy = 6 \end{cases} sistemini çözünüz.

  1. Doğrusal denklemden x'i çek: x = y + 1.
  2. Yerine koy: (y+1)\,y = 6 \Rightarrow y^2 + y - 6 = 0.
  3. Çarpanlara ayır: (y+3)(y-2)=0 \Rightarrow y=-3 veya y=2.
  4. x=y+1: y=-3 \Rightarrow x=-2; \;y=2 \Rightarrow x=3.
Sonuç: (-2,\,-3) ve (3,\,2).
Örnek
Soru

\begin{cases} y = x^2 \\ y = 2x + m \end{cases} sisteminin gerçek çözümü olmaması için m hangi değerleri alır?

Eşitleyip \Delta<0 koşulunu yaz; m'yi içeren bir eşitsizlik çöz.

  1. Eşitle: x^2 = 2x + m \Rightarrow x^2 - 2x - m = 0.
  2. Çözümsüzlük için \Delta<0: (-2)^2 - 4(1)(-m) < 0.
  3. 4 + 4m < 0 \Rightarrow 4m < -4 \Rightarrow m < -1.
Sonuç: m < -1.

Alıştırmalar — Sıra Sende

Önce kendin çözmeyi dene; sonra çözümü açıp karşılaştır.

Örnek
Soru

\begin{cases} y = x^2 \\ y = 3x - 2 \end{cases} sistemini çöz.

  1. Eşitle: x^2 = 3x - 2 \Rightarrow x^2 - 3x + 2 = 0.
  2. (x-1)(x-2)=0 \Rightarrow x=1 veya x=2.
  3. y=3x-2: x=1 \Rightarrow y=1; \;x=2 \Rightarrow y=4.
Sonuç: (1,\,1) ve (2,\,4).
Örnek
Soru

\begin{cases} x + y = 6 \\ xy = 8 \end{cases} sistemini çöz.

  1. Yardımcı denklem: t^2 - 6t + 8 = 0.
  2. (t-2)(t-4)=0 \Rightarrow t=2 veya t=4.
Sonuç: (2,\,4) ve (4,\,2).
Örnek
Soru

\begin{cases} y = x^2 - 1 \\ y = x + 1 \end{cases} sistemini çöz.

  1. Eşitle: x^2 - 1 = x + 1 \Rightarrow x^2 - x - 2 = 0.
  2. (x-2)(x+1)=0 \Rightarrow x=2 veya x=-1.
  3. y=x+1: x=2 \Rightarrow y=3; \;x=-1 \Rightarrow y=0.
Sonuç: (2,\,3) ve (-1,\,0).
Örnek
Soru

\begin{cases} x - y = 2 \\ x^2 - y^2 = 16 \end{cases} sistemini çöz.

x^2 - y^2 = (x-y)(x+y) özdeşliğini kullan; x-y zaten verilmiş.

  1. Çarpanlara ayır: x^2 - y^2 = (x-y)(x+y) = 16.
  2. x-y=2 olduğundan 2\,(x+y)=16 \Rightarrow x+y=8.
  3. Artık sistem \begin{cases} x-y=2 \\ x+y=8 \end{cases}. Topla: 2x=10 \Rightarrow x=5, y=3.
Sonuç: (5,\,3).
Örnek
Soru

y = x^2 + 2x + 5 parabolü ile y = 2x + k doğrusunun teğet olması için k kaçtır?

  1. Eşitle: x^2 + 2x + 5 = 2x + k \Rightarrow x^2 + (5-k) = 0.
  2. Teğet için \Delta=0. Burada b=0, c=5-k: \Delta = 0 - 4(5-k) = 0.
  3. -20 + 4k = 0 \Rightarrow k = 5.
Sonuç: k=5.
Örnek
Soru

\begin{cases} x + y = 4 \\ x^2 + y^2 = 10 \end{cases} sistemini çöz.

  1. y = 4 - x yerine koy: x^2 + (4-x)^2 = 10.
  2. Aç: x^2 + 16 - 8x + x^2 = 10 \Rightarrow 2x^2 - 8x + 6 = 0.
  3. 2'ye böl: x^2 - 4x + 3 = 0 \Rightarrow (x-1)(x-3)=0.
  4. x=1 \Rightarrow y=3; \;x=3 \Rightarrow y=1.
Sonuç: (1,\,3) ve (3,\,1).
Örnek
Soru

\begin{cases} y = x^2 - 4x + 3 \\ y = -x + 3 \end{cases} sisteminin çözümlerini bul; doğru parabolü hangi noktalarda keser?

İfadeleri eşitle; ortaya çıkan ikinci dereceden denklemin kökleri kesişim apsisleridir.

  1. Eşitle: x^2 - 4x + 3 = -x + 3 \Rightarrow x^2 - 3x = 0.
  2. Ortak çarpan: x(x-3)=0 \Rightarrow x=0 veya x=3.
  3. y=-x+3: x=0 \Rightarrow y=3; \;x=3 \Rightarrow y=0.
Sonuç: (0,\,3) ve (3,\,0).
Örnek
Soru

\begin{cases} x + y = 5 \\ \dfrac{1}{x} + \dfrac{1}{y} = \dfrac{5}{6} \end{cases} sistemini çöz.

\dfrac{1}{x}+\dfrac{1}{y}=\dfrac{x+y}{xy} özdeşliğiyle xy'yi bul; sonra toplam–çarpım yöntemini uygula.

  1. Paydaları birleştir: \dfrac{1}{x}+\dfrac{1}{y}=\dfrac{x+y}{xy}=\dfrac{5}{xy}.
  2. Bu \dfrac{5}{6}'ya eşit: \dfrac{5}{xy}=\dfrac{5}{6} \Rightarrow xy=6.
  3. Toplam 5, çarpım 6: t^2 - 5t + 6 = 0 \Rightarrow (t-2)(t-3)=0.
  4. Kökler 2 ve 3.
Sonuç: (2,\,3) ve (3,\,2).
Örnek
Soru

\begin{cases} y = x^2 \\ y = 2x + m \end{cases} sisteminin çözüm kümesinde köklerin çarpımı -3 ise m kaçtır? Bu m için çözümleri bulun.

Eşitleyince x^2 - 2x - m = 0 olur; köklerin çarpımı \dfrac{c}{a}=-m'dir.

  1. Eşitle: x^2 = 2x + m \Rightarrow x^2 - 2x - m = 0.
  2. Köklerin çarpımı \dfrac{c}{a}=\dfrac{-m}{1}=-m. Bu -3'e eşit: -m=-3 \Rightarrow m=3.
  3. Denklem: x^2 - 2x - 3 = 0 \Rightarrow (x-3)(x+1)=0 \Rightarrow x=3 veya x=-1.
  4. y=x^2: x=3 \Rightarrow y=9; \;x=-1 \Rightarrow y=1.
Sonuç: m=3; çözümler (3,\,9) ve (-1,\,1).

Sık Yapılan Hatalar

Not: İkinci dereceden bir sistemde refleksin yerine koyma olsun: doğrusal denklemden bir bilinmeyeni çek, tek bilinmeyenli ikinci derece denklemi kur, köklerini bul ve geri yerleştir. x+y ile xy verilmişse t^2 - S t + P = 0 kısayolu işini hızlandırır.