1、 利用图解法求得线性规划问题的最优解一、课前准备1、课时目标:(1)知识与技能:了解线性规划的意义,了解线性约束条件、线性目标函数、可行解 、可行域或最优解等概念;(2)理解线性规划的图解法;(3)会利用图解法求线性目标函数的最优解.2、基础预探:(1)在平面直角坐标系中,动点运动范围受到一定限制,则称变量受到 约束(2)目标函数为,当时,将其变化为,说明直线在轴上的截距为 ,若,直线越往上移,截距 ,目标函数为的值就越大. (3)直线把直角坐标平面划分为两部分,其中一部分(半个平面)对应二元一次不等式 ,另一部分对应二元一次不等式 二、基本知识习题化1、若实数满足,则的取值范围是 ( ) A
2、 B C D2、约束条件为则目标函数( )A无最大值有最小值 B无最小值有最大值 C无最大值和最小值 D有最大值和最小值3、有5辆6吨汽车,4辆4吨的汽车,要运送最多的货物,完成这项运输任务的线性目标函数为_4、若满足的约束条件为要使达到最大值,则= ,=_三、学习引领1、设目标函数为;当时,把直线向上平移时,所对应的随之增大;把向下平移时,所对应的随之减少.2.、在约束条件下,当时,求目标函数的最小值或最大值的步骤如下:作出可行域;作出直线确定的平移方向,依可行域判断取得最优解的点;解相关方程组,求出最优解,从而取得目标函数的最小值或最大值.四、典例导析:例1、给定下列命题:在线性规划中1、
3、 最优解指的是使目标函数取得最大值的变量或的值;2、 最优解指的是目标函数的最大值或最小值;3、 最优解指的是目标函数取得最大值或最小值的可行域;4、 最优解指的是使目标函数取得最大值或最小值的可行解.其中正确命题的序号是_解析: 因为最优解是使目标是取得最大值(或最小值)的可行解,即满足相信约束条件的解,它是一个有序实数对,所以1,2,3均错,4正确,故选4.规律总结:解答这类有关线性规划概念的真假判定问题,其关键在于准确把握线性规划的有关概念,要注意的是:线性规划是指线性目标函数(关于变量一次函数)在线性约束条件(关于变量的一次不等式组)下的最值问题.变式练习1、在如图所示的坐标平面的可行
4、域内(包括边界的阴影部分),目标函数取得最小值的最优解有无数个,则的一个可能值为( )A. -3 B. 3 C. -1 D. 1 例2、图中阴影部分满足不等式组求使目标函数取得最大值的点的坐标.思路导析:画图将所求问题分成小区间,进而比较得出结果.解:依题作图,使目标函数取得最大值的点一定在边界或上取得.1、 当时,在上是减函数,所以当时,2、 当时,在上是减函数,所以当时,由1、2可知当时,最大,此时,所以所求的点的坐标为.规律总结:本解法是将二元一次函数转化为一元一次函数,然后利用函数单调性得解.变式练习2、已知变量满足不等式组求的最大值和最小值.例3、医院用甲、乙两张原料为手术后的病人配
5、营养餐.甲种原料每10g含5单位蛋白质和10单位铁质,售价3元;乙种原料每10g含7单位蛋白质和4单位铁质,售价2元,若病人每餐至少需要35单位蛋白质和40单位铁质.试问:应如何使用甲、乙原料,才能既满足营养,又使用费最省?思路导析:将已知数据列成下表原料/10g蛋白质/单位铁质/单位甲510乙74费用32设甲、乙两种原料分别用10g和10g,则需要的费用为;病人每餐至少需要35单位蛋白质可表示为;同理,对铁质的要求可表示为,这样,问题成为在约束条件下,求目标函数的最小值.解: 设甲、乙两种原料分别用10g和10g,总费用为,那么目标函数为,作出可行域如右图.把变形为,得到斜率为,在轴上的截距
6、为随变化的一组平行直线.由图可知,当直线经过可行域上的点时,截距最小,即最小. 由得,所以所以甲种原料使用,乙种原料使用时,费用最省.规律总结:解决此问题的关键是将问题的文字语言转换成数学语言,此题通过表格将数据进行处理,使问题难度大大降低.变式练习3、某工厂有一批长为2.5m的长形钢材,要截成60cm和42cm 两种规格的零件毛坯,找出下料的最佳方案,并计算材料的利用率.五、随堂练习:1、设变量满足约束条件则目标函数的最大值为( )4 11 12 142、设变量满足约束条件则目标函数的最大值为( )A.2 B. 3 C.4 D. 53、设变量满足约束条件则目标函数的最小值为( )A-2 B-
7、4 C-6 D-84、设变量满足约束条件则目标函数的最小值为 5、设变量满足约束条件则目标函数的最小值为 6、设变量满足约束条件求目标函数的最大值.六、课后作业:1、设变量满足约束条件则的取值范围为( ) A B C D2、设变量满足约束条件则目标函数的最小值为( )A B C D3、设是不等式组所表示的平面区域,则中的点到直线距离的最大值为 4、变量满足约束条件则的取值范围为_5、设变量满足约束条件则目标函数的最小值为?6、设变量满足约束条件则目标函数的最小值为?答案:一(1)条件(2) ,越大(3),二1 C解析: 依题意作图,找到可行域,所求即为过点和原点的直线的斜率的取值范围。2A 解
8、析:根据题意作出可行域,可行域无上界,即可得到答案. 3.44,2解析:依题意作图,找到可行域,由得作出与平行的,可得到当直线过点(4,2)是,最大,所以.四 变式训练1: 目标函数取最小值即取最小值,目标函数可变为,取最小值由的符号决定.当时,在点取得最小值,与最优解有无数个矛盾,当时,由图可知,目标函数的斜率与的斜率相等,取最小值的最优解有无数个,即,故选变式训练2: 由题意作出可行域如图,可知,当在的右上方时,直线上的点满足,即,而且直线往右平移时,随之增大,在经过不等式组表示的区域内的点且平行于的直线中,以经过点的直线所对应的最大,以经过点的直线所对应的最小,所以.变式训练3: 设钢材
9、可截成60cm的毛坯根,42cm的毛坯根,截得毛坯的总长度为,根据题意可得且,作出可行域如图因为要截得的两种毛坯数必须是整数,所以以的解为坐标的点一定是第一象限内可行域与网格的交点.如果直线与网格有交点,那么按交点坐标的值作为下料方案,这时材料全被利用,因此这个方案是最佳方案.但由图象可知,直线不能过网格的交点,在这种情况下,应该找靠近直线的网格的交点.当直线的右上方的半平面内找网格交点时,网格交点坐标都使,这时两种零件毛坯长度的和超过了原钢材的长度,问题的最优解不可能在这个区域内,所以下料范围只能限制在表示的可行域内,在直线的左半平面上找靠近直线的网格交点,得,所以钢材截成60cm的毛坯2根
10、,42cm的毛坯3根,材料尽管没有完全被利用,但废料最少,此时材料的利用率为98.4%.所以钢材截成60cm的毛坯2根,42cm的毛坯3根是下料的最佳方案,并且材料的利用率为98.4%.五1.B解析:只需画出线性规划区域如图,可知,在处取得最大值11.2 .D解析:如图,由得,目标函数在点处取得最大值,即。3. D解析:作出可行域如图,令=0,则,平移在点处取到最小值-8.4. 解析:如图,在处取得最小值,解得,代入得5. 解析:如图,在处取得最小值,解得,代入得6. 依题意作出可行域,做直线,即,将此直线向右上方平移,当恰好与直线BC重合时,与原点的距离最大,从而,此时BC边上的每一点的坐标都是最优解,因此最优解的个数有无穷多个,而它们对应的目标函数的值都是135.六1D解析: 依题意作图,找到可行域,所求即为过点和原点的直线的斜率的取值范围。2.D 解析:依题意作出可行域,即点与可行域上点间距离的平方,显然长度最小,所以3. 解析:不等式组所表示的平面区域为如图所示的阴影部分,则点到直线的距离最大,4. 解析:如图,画出可行域,求得,根据目标函数的几何意义是可行域上一点与点连线的斜率,可求得目标函数的最小值-1,最大值,故的取值范围是5.解析:如图,阴影部分表示可行域,即为可行域中的点到的距离,其最小值即为,所以6. 3 解析:作出可行域,由得,目标函数在点处取得最小值,即。