高中数学 6.4简单线性规划配套课件 北师大版.ppt

第四节简单线性规划 三年19考高考指数 1 会从实际情境中抽象出二元一次不等式组 2 了解二元一次不等式的几何意义 能用平面区域表示二元一次不等式组 3 会从实际情境中抽象出一些简单的二元线性规划问题 并能加以解决 1 以考查线性目标函数的最值为重点 兼顾考查代数式的几何意义 如斜率 距离 面积等 2 多在选择题 填空题中出现 有时也会在解答题中出现 常与实际问题相联系 列出线性约束条件 求出最优解 1 二元一次不等式 组 表示的平面区域 1 在平面直角坐标系中 直线ax by c 0将平面内的所有点分成三类 一类在直线ax by c 0上 另两类分居直线ax by c 0的两侧 其中一侧的半平面的点的坐标满足 另一侧的半平面的点的坐标满足 ax by c 0 ax by c 0 2 二元一次不等式ax by c 0在平面直角坐标系中表示直线ax by c 0某一侧的 且不含边界 作图时边界直线画成 当我们在坐标系中画不等式ax by c 0所表示的平面区域时 此区域应包括边界直线 此时边界直线画成 平面区域 虚线 实线 3 由于对直线ax by c 0同一侧的所有点 x y 把点的坐标 x y 代入ax by c 所得到实数的符号都 所以只需在此直线的某一侧取一个特殊点 x0 y0 从ax0 by0 c的 即可判断ax by c 0 0 表示直线哪一侧的平面区域 当c 0时 常取 作为特殊点 4 不等式组表示的平面区域是各个不等式所表示平面点集的 因而是各个不等式所表示平面区域的 相同 正负 原点 交集 公共部分 即时应用 1 如图所表示的平面区域 阴影部分 用不等式表示为 2 以下各点 0 0 1 1 1 3 2 3 2 2 在x y 1 0所表示的平面区域内的是 3 如果点 1 b 在两条平行直线6x 8y 1 0和3x 4y 5 0之间 则b应取的整数值为 解析 1 由图可知边界直线过 1 0 和 0 2 点 故直线方程为2x y 2 0 又 0 0 在区域内 故区域应用不等式表示为2x y 2 0 2 将各点代入不等式可知 0 0 1 1 2 3 满足不等式 故 在平面区域内 3 令x 1 代入6x 8y 1 0 解得y 代入3x 4y 5 0 解得y 2 由题意得 b 2 又b为整数 b 1 答案 1 2x y 2 0 2 3 1 2 线性规划的有关概念 由x y的一次不等式 或方程 组成的不等式组 关于两个变量x y的一个线性函数 满足约束条件的解 x y 所有可行解组成的集合 使目标函数取得最大值或最小值的可行解 在约束条件下求目标函数的最大值或最小值问题 即时应用 1 思考 可行解和最优解有何关系 最优解是否唯一 提示 最优解必定是可行解 但可行解不一定是最优解 最优解不一定唯一 有时只有一个 有时会有多个 2 已知变量x y满足条件则z x y的最小值为 最大值为 解析 不等式组所表示的平面区域如图所示 作出直线x y 0 可观察知当直线过a点时z最小 由得a 1 1 此时zmin 1 1 2 当直线过b点时z最大 由得b 2 2 此时zmax 2 2 4 答案 24 3 若变量x y满足约束条件则z x 2y的最大值为 解析 不等式组所表示的平面区域如图所示 作出直线x 2y 0 可观察出当直线过a点时z取得最大值 由得此时zmax 1 2 3 答案 3 二元一次不等式 组 表示的平面区域 方法点睛 1 二元一次不等式表示的平面区域的画法在平面直角坐标系中 设有直线ax by c 0 b不为0 及点p x0 y0 则 1 若b 0 ax0 by0 c 0 则点p在直线的上方 此时不等式ax by c 0表示直线ax by c 0的上方的区域 2 若b 0 ax0 by0 c 0 则点p在直线的下方 此时不等式ax by c 0表示直线ax by c 0的下方的区域 注 若b为负 则可先将其变为正 3 若是二元一次不等式组 则其平面区域是所有平面区域的公共部分 2 求平面区域的面积求平面区域的面积 要先画出不等式组表示的平面区域 然后根据区域的形状求面积 提醒 在画平面区域时 当不等式中有等号时画实线 无等号时画虚线 例1 已知不等式组 1 画出该不等式组所表示的平面区域 2 设该平面区域为s 则求当a从 3到6连续变化时 x y a扫过s中的那部分区域的面积 解题指南 1 先画出各个不等式对应的直线 画成实线 再通过测试点确定区域 2 通过直线变动确定扫过的图形形状再求面积 规范解答 1 不等式x y 5 0表示直线x y 5 0上的点及右下方的点的集合 x y 0表示直线x y 0上的点及右上方的点的集合 x 3表示直线x 3上及其左方的点的集合 不等式组表示的平面区域即为图示的三角形区域 o c 3 3 a 3 8 b 2 由题意可知x y a扫过s的部分区域如图所示 dc 9 cde的边cd上的高为3 所求区域的面积 9 反思 感悟 1 作平面区域时要 直线定界 测试点定域 当不等式无等号时直线画成虚线 有等号时直线画成实线 若直线不过原点 测试点常选取原点 2 求平面区域的面积 要先确定区域 若是规则图形可直接求 若不规则可通过分割求解 变式训练 如图 在平面直角坐标系中 已知 abc三个顶点的坐标分别为a 0 1 b 2 2 c 2 6 试写出 abc及其内部区域所对应的二元一次不等式组 并求出该区域的面积 解析 由已知得直线ab bc ca的方程 直线ab x 2y 2 0 直线bc x y 4 0 直线ca 5x 2y 2 0 原点 0 0 不在各直线上 将原点坐标代入到各直线方程左端 结合式子的符号可得不等式组为 由题图可知 直线bc与y轴的交点坐标为d 0 4 s abc s bad s cad ad 2 ad 2 3 3 6 简单的线性规划问题 方法点睛 1 利用线性规划求目标函数最值的步骤 1 画出约束条件对应的可行域 2 将目标函数视为动直线 并将其平移经过可行域 找到最优解对应的点 3 将最优解代入目标函数 求出最大值或最小值 2 目标函数最值问题分析 1 线性目标函数的最值一般在可行域的顶点处或边界上取得 特别地对最优整数解可视情况而定 2 目标函数通常具有相应的几何意义 如截距 斜率 距离等 例2 已知实数x y满足 1 若z x 2y 求z的最大值和最小值 2 若z x2 y2 求z的最大值和最小值 3 若z 求z的最大值和最小值 解题指南 1 作出可行域与直线x 2y 0 观察确定最优解 2 由几何意义可确定z x2 y2为可行域内的点到原点的距离的平方 以此求解 3 由几何意义可知所求为可行域内的点与原点连线的斜率的最值 以此求解 规范解答 不等式组表示的平面区域如图所示 图中的阴影部分即为可行域 由 得a 1 2 由 得b 2 1 由 得m 2 3 1 由z x 2y得y x z 由图可知 当直线y x z经过点b 2 1 时 z取得最大值 经过点m 2 3 时 z取得最小值 zmax 2 2 1 0 zmin 2 2 3 4 2 过原点 0 0 作直线l垂直于直线x y 3 0 垂足为n 则直线l的方程为y x 由 得n 点n 在线段ab上 也在可行域内 观察图可知 可行域内点m到原点的距离最大 点n到原点的距离最小 又 om on 即 x2 y2 13 z的最大值为13 最小值为 3 由图可得 原点与可行域内的点a的连线的斜率值最大 与点b的连线的斜率值最小 又koa 2 kob 2 z的最大值为2 最小值为 互动探究 若将本例中第 3 问目标函数z 修改为z 则z的最大值和最小值又将如何求 解析 由本例图可知 目标函数的几何意义是可行域内的点与p 4 3 点连线的斜率 由图可知 点p 4 3 与a连线时斜率最大 与m连线时斜率最小 又kpa kpm 故z的最大值为 z的最小值为 3 反思 感悟 1 求目标函数的最值 关键是确定可行域 将目标函数对应的直线平行移动 最先通过或最后通过的点便是最优解 2 对于目标函数具有明确的几何意义时 其关键是确定其几何意义是什么 如本例 2 中是与原点距离的平方而非距离 忽视这一点则极易致错 变式备选 已知平面区域d由以a 1 3 b 5 2 c 3 1 为顶点的三角形内部和边界组成 若在区域d上有无穷多个点 x y 可使目标函数z x my m 0 取得最小值 则m a b c 1 d 4 解析 选c 方法一 由a 1 3 b 5 2 c 3 1 的坐标位置知 abc所在的区域在第一象限 故x 0 y 0 由z x my得y x 它表示斜率为 在y轴上的截距为的直线 因为m 0 则要使z x my取得最小值 必须使最小 此时需 kac 即m 1 方法二 把选项的值逐一代入检验 只有m 1符合题意 故选c 线性规划的实际应用 方法点睛 1 线性规划的实际应用问题的解法线性规划的实际应用问题 需要通过审题理解题意 找出各量之间的关系 最好是列成表格 找出线性约束条件 写出所研究的目标函数 转化为简单的线性规划问题 2 求解步骤 1 作图 画出约束条件所确定的平面区域和目标函数所表示的平行直线系中过原点的那一条直线l 2 平移 将l平行移动 以确定最优解的对应点a的位置 3 求值 解方程组求出点a的坐标 即最优解 代入目标函数 即可求出最值 例3 某营养师要为某个儿童预订午餐和晚餐 已知一个单位的午餐含12个单位的碳水化合物 6个单位的蛋白质和6个单位的维生素c 一个单位的晚餐含8个单位的碳水化合物 6个单位的蛋白质和10个单位的维生素c 另外 该儿童这两餐需要的营养中至少含64个单位的碳水化合物 42个单位的蛋白质和54个单位的维生素c 如果一个单位的午餐 晚餐的费用分别是2 5元和4元 那么要满足上述的营养要求 并且花费最少 应当为该儿童分别预订多少个单位的午餐和晚餐 解题指南 设出午餐和晚餐的单位个数 列出不等式组和费用关系式 利用线性规划求解 规范解答 设需要预订满足要求的午餐和晚餐分别为x个单位和y个单位 所花的费用为z元 则依题意得z 2 5x 4y 且x y满足 即作出线性约束条件所表示的可行域 如图中阴影部分的整数点 让目标函数表示的直线2 5x 4y z在可行域上平移 由此可知z 2 5x 4y在b 4 3 处取得最小值 因此 应当为该儿童预订4个单位的午餐和3个单位的晚餐 就可满足要求 反思 感悟 解线性规划的实际应用问题 关键是正确理解题意 最好将题目中的已知条件用表格形式呈现 来明确它们之间的关系 这样能方便写出线性约束条件及目标函数 变式训练 铁矿石a和b的含铁率a 冶炼每万吨铁矿石的co2的排放量b及每万吨铁矿石的价格c如表 某冶炼厂至少要生产1 9万吨铁 若要求co2的排放量不超过2万吨 则购买铁矿石的最少费用为 百万元 解析 设购买铁矿石a b分别为x万吨 y万吨 购买铁矿石的费用为z百万元 则目标函数z 3x 6y 由得记p 1 2 画出可行域 如图可知 当目标函数z 3x 6y过点p 1 2 时 z取到最小值15 答案 15 易错误区 忽视题目中的个别约束条件而致误 典例 2011 湖南高考 设m 1 在约束条件下 目标函数z x my的最大值小于2 则m的取值范围为 a b c 1 3 d 3 解题指南 由已知条件作出可行域 注意已知中m 1的条件准确作出平面区域 而后作出目标函数直线 求解 规范解答 选a 由约束条件画出可行域如图所示 变换目标函数为 由于m 1 所以 1 0 不等式组表示的平面区域如图中的阴影部分所示 根据目标函数的几何意义 只有直线在y轴上的截距最大时 目标函数取得最大值 显然在点a处取得最大值 由得所以目标函数的最大值是即m2 2m 1 0 解得1 m 1 又m 1 故m的取值范围是 1 1 阅卷人点拨 通过高考中的阅卷数据分析与总结 我们可以得到以下误区警示与备考建议 1 2011 安徽高考 设变量x y满足则x 2y的最大值和最小值分别为 a 1 1 b 2 2 c 1 2 d 2 1 解析 选b x y 1 x y 1 x 0三条直线两两相交的交点分别为 0 1 0 1 1 0 画出可行域 图略 可知 分别在点 0 1 0 1 得到最大值2 最小值 2 2 2011 福建高考 已知o是坐标原点 点a 1 1 若点m x y 为平面区域上的一个动点 则的取值范围是 a 1 0 b 0 1 c 0 2 d 1 2 解析 选c 由题意 不等式组表示的平面区域如图所示 由数量积的坐标运算易得 x y 令 x y z 即y x z 易知目标函数y x z 过点b 1 1 时 zmin 0 目标函数y x z过点c 0 2 时 zmax 2 故的取值范围是 0 2 3 2011 浙江高考 设实数x