Sistemas de equações

Encontrando os pares que satisfazem todas as equações

Aprenda a resolver sistemas lineares 2×2 por substituição, adição ou comparação e a interpretar cada resultado.

O que é um sistema de equações?

É um conjunto de equações que devem ser satisfeitas simultaneamente. Nesta aula, estudaremos sistemas lineares 2×2.

{ a₁x + b₁y = c₁
{ a₂x + b₂y = c₂
  • 2×2 significa duas equações e duas incógnitas.
  • Cada equação é linear e possui a forma ax + by = c.
  • Em cada equação, os coeficientes de x e y não podem ser simultaneamente nulos.
  • Resolver é encontrar os pares (x, y) que pertencem às duas equações ao mesmo tempo.

O conjunto solução pode conter um único par, nenhum par ou infinitos pares.

{ x + y = 5

{ x - y = 1

O par procurado deve tornar as duas igualdades verdadeiras simultaneamente.

Solução, par ordenado e verificação

A solução de um sistema 2×2 é escrita como um par ordenado (x, y). A ordem importa: o primeiro valor corresponde a x e o segundo, a y.

Considere x + y = 3 e x - y = 1.

Testando (2, 1): 2 + 1 = 3.

Na segunda equação: 2 - 1 = 1.

As duas igualdades são verdadeiras; logo S = {(2, 1)}.

Um par que satisfaz apenas uma das equações não é solução do sistema.

Classificação dos sistemas

SPD — possível e determinado

Possui uma única solução; graficamente, as retas se cruzam em um ponto.

SPI — possível e indeterminado

Possui infinitas soluções; as equações representam a mesma reta.

SI — impossível

Não possui solução; as retas são paralelas e distintas.

Quadro algébrico após eliminar uma incógnita

SPD: surge ax = b, com a ≠ 0. Por exemplo, 3x = 9 fornece x = 3.

SPI: surge 0 = 0, indicando que uma equação era equivalente à outra e há infinitas soluções.

SI: surge 0 = k, com k ≠ 0. Uma contradição como 0 = 3 indica ausência de solução.

0 = 0 não significa x = 0, e 0 = 3 não é uma equação que devemos continuar resolvendo. A classificação considera o conjunto solução do sistema inteiro.

Sistemas equivalentes

Dois sistemas são equivalentes quando possuem exatamente o mesmo conjunto solução. As seguintes operações preservam esse conjunto:

  1. Trocar a ordem das equações.
  2. Multiplicar uma equação inteira por um número não nulo.
  3. Substituir uma equação pela soma dela com um múltiplo da outra.
  4. Simplificar uma equação por um fator comum não nulo.

x + y = 5 e 2x - y = 1.

Multiplicando a primeira equação inteira por 2: 2x + 2y = 10.

O novo sistema é equivalente ao original porque usamos um multiplicador não nulo em todos os termos.

Não se pode multiplicar somente parte de uma equação. Multiplicar por zero apaga informação e não preserva a equivalência. Essas operações justificam o método da eliminação.

Método da substituição

Isole uma incógnita em uma das equações e substitua a expressão obtida na outra. O método é especialmente prático quando uma variável já está isolada ou tem coeficiente 1 ou -1.

x + y = 7 e y = 2x - 2.

Substitua y na primeira: x + (2x - 2) = 7.

3x = 9, então x = 3.

y = 2·3 - 2 = 4. S = {(3, 4)}.

Depois de encontrar a primeira incógnita, retorne a uma das equações para calcular a segunda.

Método da adição ou eliminação

Eliminamos uma incógnita somando ou subtraindo equações equivalentes. Coeficientes opostos permitem somar; coeficientes iguais permitem subtrair; nos demais casos, multiplicamos previamente.

2x + y = 7 e x - y = 2.

Os coeficientes de y são opostos. Somando: 3x = 9, então x = 3.

Na segunda equação, 3 - y = 2, logo y = 1.

S = {(3, 1)}.

Escolha dos multiplicadores pelo MMC

Em 2x + 3y = 12 e 3x - 2y = 5, queremos eliminar y. Como mmc(3, 2) = 6, multiplicamos a primeira equação por 2 e a segunda por 3.

4x + 6y = 24

9x - 6y = 15

Somando: 13x = 39, então x = 3.

2·3 + 3y = 12 → 3y = 6 → y = 2. S = {(3, 2)}.

Subtração quando os coeficientes são iguais

3x + 2y = 11 e x + 2y = 7.

Subtraindo a segunda da primeira: 2x = 4, então x = 2.

2 + 2y = 7 → y = 5/2.

S = {(2, 5/2)}.

Método da comparação

Isole a mesma incógnita nas duas equações e compare as expressões. Se ambas são iguais a y, então são iguais entre si.

y = 2x + 1 e y = -x + 7.

Compare: 2x + 1 = -x + 7.

3x = 6, então x = 2.

y = 2·2 + 1 = 5. S = {(2, 5)}.

Esse método é direto quando a mesma variável já aparece isolada nas duas equações.

Interpretação gráfica

Cada equação linear representa uma reta. A solução do sistema corresponde aos pontos comuns às duas retas.

SPD — um ponto comum

Retas concorrentes.

SI — nenhum ponto comum

Retas paralelas distintas.

SPI — infinitos pontos comuns

Retas coincidentes.

A interpretação gráfica ajuda a compreender a classificação, mas não é obrigatória em todo cálculo algébrico.

Como escolher o método?

  • Substituição: quando uma variável está isolada ou tem coeficiente 1 ou -1.
  • Adição: quando os coeficientes já são opostos ou possuem MMC simples.
  • Comparação: quando a mesma variável está isolada nas duas equações.
  • Gráfico: para compreender a classificação, sem ser obrigatório em todos os cálculos.

Antes de escolher, observe sinais, frações, decimais e proporcionalidade. Em sistemas proporcionais, comparar cedo os termos pode evitar cálculos desnecessários.

  1. Organize as equações.
  2. Procure coeficientes fáceis de isolar ou eliminar.
  3. Faça operações equivalentes em todos os termos.
  4. Encontre as duas incógnitas.
  5. Verifique o par nas equações originais.
  6. Classifique o sistema e interprete o resultado.

Modelagem de problemas

Defina claramente x e y antes de montar as equações. Depois, resolva, verifique e interprete o par na ordem correta.

Ingressos

x = adultos e y = crianças. x + y = 20 e 10x + 6y = 152.

Subtraindo 6 vezes a primeira da segunda: 4x = 32, x = 8 e y = 12.

Foram vendidos 8 ingressos de adultos e 12 de crianças.

Moedas

x = moedas de R$ 1 e y = moedas de R$ 0,50.

x + y = 18 e x + 0,5y = 13. Multiplicando a segunda por 2: 2x + y = 26.

Subtraindo a primeira: x = 8 e y = 10.

São 8 moedas de R$ 1 e 10 moedas de R$ 0,50.

Acertos e erros

x = acertos e y = erros. x + y = 20 e 3x - y = 44.

Somando: 4x = 64, então x = 16 e y = 4.

O aluno acertou 16 questões e errou 4.

Quantidades de objetos devem ser inteiras e não negativas; idades e comprimentos não podem ser negativos. Dinheiro só deve ser arredondado quando o enunciado permitir. Se x = -3 representar ingressos, a solução algébrica deve ser rejeitada no contexto.

Pegadinhas

  • 2×2 significa duas equações e duas incógnitas.
  • A solução deve satisfazer todas as equações e ser escrita na ordem (x, y).
  • Sistemas equivalentes possuem o mesmo conjunto solução.
  • Multiplicar por zero não preserva a equação.
  • Ao multiplicar, transforme todos os termos da equação.
  • Na eliminação, os multiplicadores dependem dos coeficientes: iguais pedem subtração e opostos permitem soma.
  • 0 = 0 indica SPI; 0 = k, com k ≠ 0, indica SI.
  • SPI não possui um único par, e SI não possui par solução.
  • Depois de encontrar uma incógnita, calcule a outra.
  • Em problemas, soluções negativas ou não inteiras podem ser inválidas.
  • Defina o significado das incógnitas e interprete o par na ordem correta.
  • Verifique sempre o par nas equações originais.

Questões resolvidas

1. Verificação de um par

O par (2, 1) resolve x + y = 3 e x - y = 1?

2 + 1 = 3 e 2 - 1 = 1.

As duas equações são verdadeiras. Logo (2, 1) é solução.

2. Substituição

Resolva x + y = 7 e y = 2x - 2.

x + 2x - 2 = 7 → 3x = 9 → x = 3.

y = 2·3 - 2 = 4. S = {(3, 4)}.

3. Adição direta

Resolva 2x + y = 7 e x - y = 2.

Somando: 3x = 9, então x = 3.

3 - y = 2, então y = 1. S = {(3, 1)}.

4. Preparando a eliminação

Resolva 2x + 3y = 12 e 3x - 2y = 5.

Multiplique a primeira por 2 e a segunda por 3: 4x + 6y = 24 e 9x - 6y = 15.

Somando: 13x = 39, x = 3 e y = 2. S = {(3, 2)}.

5. Comparação

Resolva y = 2x + 1 e y = -x + 7.

2x + 1 = -x + 7 → 3x = 6 → x = 2.

y = 5. S = {(2, 5)}.

6. Sistema determinado

Classifique x + y = 5 e x - y = 1.

Somando: 2x = 6, x = 3 e y = 2.

Há uma única solução: S = {(3, 2)}. O sistema é SPD.

7. Sistema impossível

Classifique x + y = 2 e 2x + 2y = 5.

Multiplicando a primeira por 2: 2x + 2y = 4.

Isso contradiz 2x + 2y = 5. S = ∅; sistema SI.

8. Sistema indeterminado

Classifique x - y = 1 e 2x - 2y = 2.

A segunda equação é o dobro da primeira.

Há infinitas soluções: S = {(t + 1, t) | t ∈ ℝ}. Sistema SPI.

9. Coeficientes fracionários

Resolva x/2 + y/2 = 5 e x - y = 2.

A primeira equivale a x + y = 10.

Somando com x - y = 2: 2x = 12, x = 6 e y = 4. S = {(6, 4)}.

10. Problema de idades

Duas idades somam 34 anos e diferem em 6 anos.

x + y = 34 e x - y = 6.

2x = 40, x = 20 e y = 14. As idades são 20 e 14 anos.

11. Problema de ingressos

Resolva o problema de 20 ingressos e arrecadação de R$ 152.

x + y = 20 e 10x + 6y = 152.

4x = 32, x = 8 e y = 12. São 8 adultos e 12 crianças.

12. Problema de perímetro

Um retângulo tem perímetro 34 e o comprimento supera a largura em 5.

c + l = 17 e c - l = 5.

2c = 22, c = 11 e l = 6. Verificação: 2·11 + 2·6 = 34.

13. Sistema com decimais

Resolva 0,5x + y = 4 e x - y = 2.

Da segunda, y = x - 2. Substituindo: 0,5x + x - 2 = 4.

1,5x = 6, x = 4 e y = 2. Verificação: 0,5·4 + 2 = 4 e 4 - 2 = 2.

S = {(4, 2)}; sistema SPD.

14. Problema de moedas

Há 18 moedas de R$ 1 e R$ 0,50, totalizando R$ 13.

x = moedas de R$ 1; y = moedas de R$ 0,50. x + y = 18 e x + 0,5y = 13.

Multiplicando a segunda por 2 e subtraindo a primeira: x = 8; então y = 10.

(8, 10) verifica as equações. São 8 moedas de R$ 1 e 10 de R$ 0,50; SPD.

15. Problema de acertos e erros

Uma prova tem 20 respostas; acerto vale 3 e erro retira 1. A pontuação foi 44.

x = acertos; y = erros. x + y = 20 e 3x - y = 44.

Somando: 4x = 64, x = 16 e y = 4.

(16, 4) verifica 16 + 4 = 20 e 48 - 4 = 44. SPD; 16 acertos e 4 erros.

16. Classificação com parâmetro

Classifique x + y = 4 e 2x + 2y = k.

O dobro da primeira é 2x + 2y = 8.

Se k = 8, as equações são equivalentes: SPI. Se k ≠ 8, surge 0 = k - 8: SI.

Não existe valor de k que produza SPD.

17. Solução fracionária por subtração

Resolva 3x + 2y = 11 e x + 2y = 7.

Subtraindo a segunda da primeira: 2x = 4, x = 2.

2 + 2y = 7, então y = 5/2.

(2, 5/2) verifica as duas equações. S = {(2, 5/2)}; SPD.

18. Solução inválida no contexto

Um modelo de ingressos produz x + y = 5 e x - y = -11.

Somando: 2x = -6, x = -3 e y = 8. Algebricamente, o sistema é SPD.

O par (-3, 8) verifica as equações, mas -3 ingressos é impossível.

O modelo não possui solução válida no contexto de contagem.

Exercícios

Fácil

1. Resolver um sistema significa:

A) resolver apenas a primeira equaçãoB) encontrar valores que satisfaçam todas as equaçõesC) somar todos os coeficientesD) transformar as equações em inequações
Fácil

2. A solução de um sistema com incógnitas x e y é normalmente escrita como:

A) um par ordenado (x, y)B) uma fração x/yC) um intervaloD) uma potência
Fácil

3. Qual par resolve x + y = 5 e x - y = 1?

A) (2, 3)B) (1, 4)C) (3, 2)D) (4, 1)
Fácil

4. Um sistema com uma única solução é:

A) SPIB) SPDC) SID) impossível e determinado
Fácil

5. Um sistema sem solução é classificado como:

A) determinadoB) equivalenteC) SPID) SI
Fácil

6. No método da substituição, fazemos primeiro:

A) multiplicamos sempre as duas equaçõesB) desenhamos obrigatoriamente as retasC) isolamos uma incógnita e a substituímos na outra equaçãoD) descartamos uma das equações
Médio

7. Resolva x + y = 9 e x - y = 3.

A) S = {(6, 3)}B) S = {(3, 6)}C) S = {(4, 5)}D) S = {(5, 4)}
Médio

8. Resolva y = 2x e x + y = 12.

A) S = {(8, 4)}B) S = {(4, 8)}C) S = {(6, 6)}D) S = {(3, 9)}
Médio

9. Resolva 2x + y = 8 e x - y = 1.

A) S = {(2, 3)}B) S = {(1, 6)}C) S = {(3, 2)}D) S = {(4, 0)}
Médio

10. Classifique x + y = 4 e 2x + 2y = 8.

A) SPDB) SIC) possui duas soluçõesD) SPI
Médio

11. Classifique x + y = 4 e 2x + 2y = 10.

A) SPDB) SIC) SPID) possui uma solução
Médio

12. Resolva y = 3x - 1 e y = x + 5.

A) S = {(3, 8)}B) S = {(8, 3)}C) S = {(2, 7)}D) S = {(4, 9)}
Difícil

13. Resolva 0,5x + y = 4 e x - y = 2.

A) S = {(2, 4)}B) S = {(3, 1)}C) S = {(4, 2)}D) S = {(5, 3)}
Difícil

14. Há 18 moedas de R$ 1 e R$ 0,50, totalizando R$ 13. Qual é a composição?

A) 8 moedas de R$ 1 e 10 moedas de R$ 0,50B) 10 moedas de R$ 1 e 8 moedas de R$ 0,50C) 6 moedas de R$ 1 e 12 moedas de R$ 0,50D) 12 moedas de R$ 1 e 6 moedas de R$ 0,50
Difícil

15. Em x + y = 4 e 2x + 2y = k, qual classificação está correta?

A) Para todo k, o sistema é SPDB) Se k = 8, é SI; se k ≠ 8, é SPIC) Se k = 4, é SPI; nos demais casos, é SPDD) Se k = 8, é SPI; se k ≠ 8, é SI
Difícil

16. Em 2x + 3y = 12, alguém “multiplicou por 2” e escreveu 4x + 3y = 24. Qual foi o erro?

A) O termo 2x não deveria ser multiplicadoB) O termo 3y também deveria ser multiplicado, resultando em 4x + 6y = 24C) O termo independente deveria permanecer 12D) Multiplicar uma equação por 2 nunca é permitido
Difícil

17. Resolva 3x + 2y = 11 e x + 2y = 7.

A) S = {(5/2, 2)}B) S = {(2, 5)}C) S = {(2, 5/2)}D) S = {(3, 1)}
Difícil

18. Uma prova tem 20 questões; acerto vale 3 pontos e erro retira 1. Com 44 pontos e todas respondidas, qual foi o resultado?

A) 16 acertos e 4 errosB) 15 acertos e 5 errosC) 14 acertos e 6 errosD) 18 acertos e 2 erros

Gabarito comentado:

1-B: resolver é encontrar valores que satisfaçam todas as equações simultaneamente.

2-A: a solução de um sistema 2×2 é escrita na ordem (x, y).

3-C: (3, 2) verifica 3 + 2 = 5 e 3 - 2 = 1.

4-B: SPD possui exatamente uma solução.

5-D: SI é o sistema sem par solução.

6-C: na substituição, isolamos uma incógnita e usamos a expressão na outra equação.

7-A: somando x + y = 9 e x - y = 3, obtemos 2x = 12, x = 6 e y = 3; S = {(6, 3)}.

8-B: y = 2x em x + y = 12 produz 3x = 12, x = 4 e y = 8; S = {(4, 8)}.

9-C: somando 2x + y = 8 e x - y = 1, obtemos 3x = 9, x = 3 e y = 2.

10-D: a segunda equação é o dobro da primeira; surge 0 = 0 e há infinitas soluções, portanto SPI.

11-B: dobrar a primeira daria 2x + 2y = 8, em contradição com 10; surge 0 = 2 e o sistema é SI.

12-A: comparando 3x - 1 = x + 5, temos x = 3 e y = 8; S = {(3, 8)}.

13-C: da segunda, y = x - 2. Substituindo, 1,5x = 6, x = 4 e y = 2. O par (4, 2) verifica ambas; SPD.

14-A: x + y = 18 e x + 0,5y = 13. Multiplicando a segunda por 2 e subtraindo a primeira, x = 8 e y = 10. São 8 moedas de R$ 1 e 10 de R$ 0,50.

15-D: o dobro da primeira é 2x + 2y = 8. Se k = 8, surge 0 = 0 e o sistema é SPI; se k ≠ 8, há contradição e o sistema é SI.

16-B: ao multiplicar uma equação por 2, todos os termos mudam. O correto é 4x + 6y = 24; alterar apenas parte não produz sistema equivalente.

17-C: subtraindo as equações, 2x = 4 e x = 2. Depois, 2 + 2y = 7 e y = 5/2. S = {(2, 5/2)}; SPD.

18-A: x + y = 20 e 3x - y = 44. Somando, 4x = 64, x = 16 e y = 4. São 16 acertos e 4 erros, valores inteiros e não negativos.

Resumo final

  • Um sistema 2×2 possui duas equações e duas incógnitas.
  • A solução é um par ordenado (x, y) que satisfaz todas as equações.
  • Sistemas equivalentes preservam o conjunto solução.
  • Substituição, adição e comparação são métodos válidos.
  • Na adição, todos os termos devem ser multiplicados ao criar equações equivalentes.
  • 0 = 0 indica SPI; uma contradição indica SI.
  • Graficamente, as retas podem ser concorrentes, coincidentes ou paralelas.
  • Problemas exigem interpretação e restrições de contexto.
  • O par deve ser verificado nas duas equações originais.