Systèmes de deux équations
Ce que tu dois savoir faire
- Reconnaître une équation du premier degré à deux inconnues, et vérifier qu'un couple en est solution
- Reconnaître un système de deux équations à deux inconnues et vérifier qu'un couple en est solution
- Résoudre un système par la méthode de substitution
- Résoudre un système par la méthode de combinaison linéaire
- Interpréter graphiquement un système : droites sécantes, parallèles ou confondues
- Mettre un problème concret en système et revenir à la question posée
Deux achats, deux inconnues
Sami achète cahiers et stylos et paie dinars. Leïla achète cahiers et stylo et paie dinars.
- Suppose que le cahier coûte dinar. Déduis-en le prix du stylo avec l'achat de Leïla, puis vérifie sur l'achat de Sami.
- Recommence en supposant que le cahier coûte dinars.
- Que se passerait-il si les prix n'étaient pas des nombres entiers ?
Les deux essais échouent, et pour deux raisons différentes. C'est ce qui montre qu'il faut une méthode, et non de la patience.
Le piège
Un essai qui vérifie le premier achat suffit
Il doit vérifier les deux achats
Avec un cahier à dinar, l'achat de Leïla tombe juste et celui de Sami est faux. Une seule équation ne décide de rien.
Une équation à deux inconnues, avant le système
Avant de résoudre deux équations ensemble, il faut savoir ce qu'une seule veut dire.
Résoudre une équation du premier degré à deux inconnues , c'est trouver tous les couples pour lesquels l'égalité est vraie. Chacun de ces couples est appelé une solution de l'équation.
Il y en a une infinité : on choisit librement, et l'équation impose alors . C'est pour cela qu'une seule équation ne suffit pas à déterminer deux inconnues — et c'est exactement la raison d'être du système.
Une solution n'est donc jamais un nombre : c'est toujours un couple, et l'ordre y compte.
Le piège
La solution de est .
est une solution parmi une infinité.
Une solution d'une équation à deux inconnues est un couple, et il n'y en a jamais une seule. Donner un seul nombre ne répond pas à la question.
Le piège
et , c'est pareil.
Ce sont deux couples différents.
L'ordre fait le couple : le premier nombre est toujours . donne , donc ce n'est pas une solution.
Système, solution, couple
Un système de deux équations du premier degré à deux inconnues s'écrit
Une solution est un couple qui vérifie les deux équations à la fois. Un couple qui n'en vérifie qu'une n'est pas solution.
Pour vérifier qu'un couple donné est solution, il n'y a rien à résoudre : on remplace, et on regarde. C'est toujours le premier réflexe utile, et c'est aussi la vérification obligatoire à la fin d'une résolution.
Le piège
Le couple vérifie la première équation, donc c'est une solution
Il doit vérifier les deux
Un système impose deux conditions simultanées. Une seule ne suffit jamais.
La méthode de substitution
L'idée : se ramener à une seule inconnue. On isole une inconnue dans l'une des équations, puis on la remplace dans l'autre.
Les trois temps :
- isoler (ou ) dans l'équation où c'est le plus simple — celle où le coefficient vaut ou ;
- substituer cette expression dans l'autre équation, qui ne contient plus qu'une inconnue ;
- résoudre, puis remonter pour obtenir la seconde valeur.
Erreur à éviter : substituer dans l'équation dont on vient de tirer l'expression. On obtiendrait , ce qui est vrai et parfaitement inutile.
Le piège
On remplace dans l'équation d'où on l'a tiré
On remplace dans l'autre équation
Sinon on obtient une identité du type , qui ne donne aucune information.
La méthode d'élimination
On l'appelle méthode d'élimination ; on la rencontre aussi sous le nom de méthode de combinaison linéaire. Les deux désignent la même chose.
L'idée : faire disparaître une inconnue en additionnant ou en soustrayant les deux équations.
C'est la méthode la plus rapide quand une inconnue a des coefficients opposés ou égaux :
- coefficients opposés ( et ) : on additionne les deux lignes ;
- coefficients égaux ( et ) : on soustrait.
Si aucun des deux cas ne se présente, on multiplie d'abord une ligne — ou les deux — par un nombre bien choisi pour s'y ramener. Une multiplication porte alors sur toute la ligne, second membre compris.
Le piège
En multipliant par , on oublie le second membre
On multiplie tous les termes, y compris après le signe égal
Une équation est une balance : ce qu'on fait à gauche, on le fait à droite.
Lecture graphique
Chaque équation du système représente une droite. Résoudre le système, c'est chercher les points communs à ces deux droites. Trois situations, et trois seulement :
- les droites sont sécantes — coefficients directeurs différents — : un point commun, une solution ;
- les droites sont strictement parallèles — même coefficient directeur, ordonnées à l'origine différentes — : aucune solution ;
- les droites sont confondues — même coefficient directeur et même ordonnée à l'origine — : une infinité de solutions.
Pour trancher sans tracer : mets les deux équations sous la forme et compare d'abord les , puis les .
Le piège
Les équations sont différentes, donc les droites sont sécantes
On compare les coefficients directeurs après mise sous la forme
et s'écrivent différemment mais représentent la même droite.
Mettre un problème en système
C'est l'usage principal du chapitre. Le repère est simple : deux grandeurs inconnues et deux informations dans l'énoncé, c'est un système.
La démarche reprend celle des équations, en double :
- nommer les deux inconnues, avec leur unité ;
- traduire chaque information par une équation ;
- résoudre par la méthode qui va le plus vite au vu des coefficients ;
- vérifier les deux équations, et répondre à la question posée.
Un contrôle de bon sens s'ajoute ici : un prix négatif ou un nombre d'objets non entier signale une erreur de traduction, pas de calcul.
Le piège
On répond « »
On répond « un cahier coûte dinars »
La question porte sur un prix, avec son unité. Il faut revenir à ce qui était demandé.
À retenir
- Une solution d'un système est un couple qui vérifie les deux équations.
- Substitution : on isole une inconnue, on la remplace dans l'autre équation.
- Combinaison : coefficients opposés on additionne, coefficients égaux on soustrait.
- Multiplier une ligne, c'est multiplier tous ses termes, second membre compris.
- Sécantes : une solution. Strictement parallèles : aucune. Confondues : une infinité.
- Dans un problème : deux inconnues nommées, deux équations, une vérification, une phrase de réponse.
- Une solution d'une équation à deux inconnues est un couple , et il y en a une infinité.
- La seconde méthode s'appelle élimination ; « combinaison linéaire » désigne la même.