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Système de deux équations à deux inconnues

\(\begin{cases} ax+by=c\\ a'x +b'y = c' \end{cases}\)

Sommaire

Système de deux équations linéaires à deux inconnuesRésolution d'un système par substitutionRésolution d'un système par combinaison

Système de deux équations linéaires à deux inconnues

Définition
Soit
a,b,c,a′,b′a,b,c,a',b'a,b,c,a′,b′
 et
c′c'c′
 des nombres réels.
On appellesystème de deux équations linéaires à deux inconnues
xxx
 et
yyy
 le système suivant.
{ax+by=ca′x+b′y=c′\begin{cases} ax+by=c\\ a'x +b'y = c' \end{cases}{ax+by=ca′x+b′y=c′​
.
Exemple
{3x−2y=54x+2y=9\begin{cases} 3x-2y = 5\\ 4x+2y = 9 \end{cases}{3x−2y=54x+2y=9​
 est un système de deux équations linéaire à deux inconnues.
Notation
On appelle en général
(S)(\text S)(S)
 un système.
On note par exemple :
(S):{3x−2y=54x+2y=9(\text S):\begin{cases} 3x-2y = 5\\ 4x+2y = 9 \end{cases}(S):{3x−2y=54x+2y=9​
Définition
Soit
a,b,c,a′,b′a,b,c,a',b'a,b,c,a′,b′
 et
c′c'c′
 des nombres réels.
Résoudre le système
(S):{ax+by=ca′x+b′y=c′(\text S) : \begin{cases} ax+by = c\\ a'x+b'y = c' \end{cases}(S):{ax+by=ca′x+b′y=c′​
 c'est déterminer l'ensemble des couples
(x;y)(x;y)(x;y)
solutions des équations
ax+by=cax+by=cax+by=c
 et
a′x+b′y=c′a'x+b'y=c'a′x+b′y=c′
 simultanément, c'est-à-direl'ensemble des couples
(x;y)(x;y)(x;y)
 qui rendent vraies les deux égalités.
Exemple
On considère le système d'équations
(S):{3x−2y=54x+2y=9(\text S) : \begin{cases} 3x-2y = 5\\ 4x+2y = 9 \end{cases}(S):{3x−2y=54x+2y=9​
.
  • On remarque que\(3 \times \color{green}{2} - 2 \times \color{red}{\dfrac{1}{2}} = 5\) et que\(4 \times \color{green}{2} + 2 \times \color{red}{\dfrac{1}{2}} = 9\). Donc le couple\(\left(\color{green}{2};\color{red}{\dfrac{1}{2}}\right)\) est solution de\((\text S)\).
  • On remarque que\(3 \times \color{green}{1} - 2 \times (\color{red}{-1}) = 5\) et que\(4 \times \color{green}{1} + 2 \times (\color{red}{-1}) = 2\). Donc le couple\(\left(\color{green}{1};\color{red}{-1}\right)\) n'est pas solution de\((\text S)\).
Propriété
Soit
a,b,c,a′,b′a,b,c,a',b'a,b,c,a′,b′
 et
c′c'c′
 des nombres réels.
Résoudre le système
(S):{ax+by=ca′x+b′y=c′(\text S) : \begin{cases} ax+by = c\\ a'x+b'y = c' \end{cases}(S):{ax+by=ca′x+b′y=c′​
revient à étudier l'intersection de deux droites du plan : les droites d'équations cartésiennes 
ax+by=cax+by = cax+by=c
 et
a′x+b′y=c′a'x+b'y = c'a′x+b′y=c′
.
  • Le système\((\text S)\) admet ununique couplesolution lorsque les deux droites sont sécantes. Le couple solution du système correspond aux coordonnées du point d'intersection des deux droites.
  • Le système\((\text S)\) n'admetaucune solutionlorsque les deux droites sont strictement parallèles.
  • Le système\((\text S)\) admet uneinfinité de solutionslorsque les deux droites sont confondues.
Exemple
Le plan est muni d'un repère orthonormé.
On considère le système d'équations
(S):{3x−2y=54x+2y=9(\text S) : \begin{cases} 3x-2y = 5\\ 4x+2y = 9 \end{cases}(S):{3x−2y=54x+2y=9​
.
Considérons la droites
ddd
 d'équation
3x−2y−5=03x-2y-5=03x−2y−5=0
 et la droite
d′d^{\prime}d′
 d'équation
4x+2y−9=04x+2y-9=04x+2y−9=0
. Un vecteur directeur de la droite 
ddd
 est
u→(23)\overrightarrow{u}\begin{pmatrix} 2\\ 3\\ \end{pmatrix}u(23​)
 et un vecteur directeur de la droite
d′d^{\prime}d′
 est
v→(−24)\overrightarrow{v}\begin{pmatrix} -2\\ 4\\ \end{pmatrix}v(−24​)
. Les vecteurs
u→\overrightarrow{u}u
 et
v→\overrightarrow{v}v
 ne sont pas colinéaires, donc les droites
ddd
 et
d′d^{\prime}d′
 sont sécantes.
On a vu précédemment que le couple
(2;12)\left(2;\dfrac{1}{2}\right)(2;21​)
 est solution de
(S)(\text S)(S)
.
Donc le point d'intersection des droites 
ddd
 et
d′d^{\prime}d′
 est
K(2;12)\boxed{\text K \left(2 ; \dfrac{1}{2}\right)}K(2;21​)​
.

Résolution d'un système par substitution

Méthode
La méthode de résolution d'un systèmepar substitutionconsiste à :
  • exprimer une des variables en fonction de l’autre dans l’une des deux équations ;
  • puis à substituer cette expression dans la seconde équation. On obtient ainsi une équation à une seule inconnue.
Remarques
  • Cette méthode est particulièrement utile lorsque l'on peut facilement isoler l'une des variables.
  • Cette méthode est donc très utile si l'on cherche à étudier l'intersection de deux droites du plan et que l'on connaît l'équation réduite d'une des deux droites.
Exemple
On souhaite résoudre le système d'équations
(S):{2x+3y=7x+2y=4(\text S) : \begin{cases} 2x+3y=7\\ x+2y=4 \end{cases}(S):{2x+3y=7x+2y=4​
1.On isole
xxx
 dans la deuxième équation. Le système devient
{2x+3y=7x=4−2y\begin{cases} 2x+3y=7\\ x=4-2y \end{cases}{2x+3y=7x=4−2y​
2.On remplace
xxx
 par son expression dans la première équation.
Ainsi, on obtient
{2×(4−2y)+3y=7x=4−2y\begin{cases} 2 \times (4-2y)+3y=7\\ x=4-2y \end{cases}{2×(4−2y)+3y=7x=4−2y​
3.On développe et on résout la première équation. Ainsi, on obtient
{y=1x=4−2y\begin{cases} y=1\\ x=4-2y \end{cases}{y=1x=4−2y​
4.Finalement, on remplace
yyy
 par sa valeur dans la deuxième équation et on obtient
{y=1x=2\begin{cases} y = 1\\ x=2 \end{cases}{y=1x=2​
5.On vérifie que le couple\((2;1)\) est bien solution du système en remplaçant
xxx
 et
yyy
 respectivement par 
222
 et
111
 dans les deux équations initiales et en constatant que les deux égalités sont vraies.
6.En conclusion, l'unique solution du système
(S)(\text S)(S)
 est le couple
(2;1)(2;1)(2;1)
.

Résolution d'un système par combinaison

Méthode
La méthode de résolution d'un systèmepar combinaisonconsiste :
  • à multiplier les équations par des nombres appropriés : ces nombres sont choisis de telle façon que, lorsque l'on additionne ou on soustrait membre à membre les deux équations, on obtient une équation à une seule inconnue et on la résout ;
  • puis à remplacer la valeur trouvée de cette inconnue dans une des équations du système. On obtient ainsi la valeur de l'autre inconnue.
Remarques
  • Cette méthode permet souvent d'éviter des manipulations de fractions, ce qui réduit le risque d’erreurs de calcul.
  • Cette méthode se généralise facilement pour résoudre des systèmes comportant plus de deux équations ou inconnues.
  • Cette méthode est très utile si l'on cherche à étudier l'intersection de deux droites dont on ne connaît que des équations cartésiennes.
Exemple
On souhaite résoudre le système d'équations
(S):{2x+3y=74x−5y=3(\text S) : \begin{cases} 2x+3y=7\\ 4x-5y=3 \end{cases}(S):{2x+3y=74x−5y=3​
1.On remarque que les coefficients de l'inconnue
xxx
 sont doublés entre la première équation et la deuxième équation.
On multiplie chaque membre de la première équation par deux. On obtient
{4x+6y=144x−5y=3\begin{cases} 4x+6y=14\\ 4x-5y=3 \end{cases}{4x+6y=144x−5y=3​
2.On soustrait la deuxième équation à la première pour éliminer l'inconnue
xxx
.
Ainsi, on obtient
{4x+6y−(4x−5y)=14−34x−5y=3\begin{cases} 4x+6y - (4x-5y) =14 - 3\\ 4x-5y=3 \end{cases}{4x+6y−(4x−5y)=14−34x−5y=3​
 soit après simplification
{11y=114x−5y=3\begin{cases} 11y=11\\ 4x-5y=3 \end{cases}{11y=114x−5y=3​
3.On résout la première équation. Ainsi, on obtient
{y=14x−5y=3\begin{cases} y=1\\ 4x-5y=3 \end{cases}{y=14x−5y=3​
4.Finalement, on remplace
yyy
 par sa valeur dans la deuxième équation et on obtient
{y=1x=2\begin{cases} y = 1\\ x=2 \end{cases}{y=1x=2​
5.On vérifie que le couple
(2;1)(2;1)(2;1)
 est bien solution du système en remplaçant
xxx
 et
yyy
 respectivement par 
222
 et
111
 dans les deux équations initiales et en constatant que les deux égalités sont vraies.
6.En conclusion, l'unique solution du système
(S)(\text S)(S)
 est le couple
(2;1)(2;1)(2;1)
.