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文檔簡介
1/13.3.2簡單的線性規(guī)劃問題(第2課時)(名師:陳庚生)【核心素養(yǎng)】通過學習簡單的線性規(guī)劃問題,提升學生的數(shù)學抽象、數(shù)學建模與數(shù)據(jù)處理的能力.【學習目標】理解線性規(guī)劃問題中的某些幾何意義,進而解決相應的非線性問題及含參問題.【學習重點】簡單的二元線性規(guī)劃問題.【學習難點】準確而快速的得到線性規(guī)劃可行域,并進行最優(yōu)解的求解.二、教學設(shè)計(一)課前設(shè)計1.預習任務任務1思考:非線性目標函數(shù)如何求解?含參問題如何解決?2.預習自測1.若不等式組表示的平面區(qū)域是一個三角形,則a的取值范圍是()A.(-∞,5)B.[7,+∞)C.[5,7)D.(-∞,5)∪[7,+∞)【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想;數(shù)形結(jié)合】解:C畫出可行域,知當直線y=a在x-y+5=0與y軸的交點(0,5)和x-y+5=0與x=2的交點(2,7)之間移動時平面區(qū)域是三角形.故5≤a<7.2.已知變量滿足約束條件若目標函數(shù)的最大值為1,則.【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想;數(shù)形結(jié)合】解:33.已知a>0,x,y滿足約束條件若z=2x+y的最小值為1,則a=()A.B.C.1D.2【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想;數(shù)形結(jié)合】解:A根據(jù)約束條件畫出可行域,如圖,由圖可知當直線z=2x+y經(jīng)過點B時,z最小,由解得所以zmin=2×1-2a=1,解得a=.故選A.(二)課堂設(shè)計1.知識回顧圖解法解決簡單的線性規(guī)劃問題的基本步驟(1)作圖——畫出約束條件所確定的平面區(qū)域和目標函數(shù)所表示的平行直線系中過原點的那一條直線;(2)平移——將l平行移動,以確定最優(yōu)解的對應點的位置;(3)求值——解方程組求出對應點坐標(即最優(yōu)解),代入目標函數(shù),即可求出最值.2.課堂講解一、直線的斜率型例1.已知實數(shù)x、y滿足不等式組,求函數(shù)的值域.【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:所給的不等式組表示圓的右半圓(含邊界),-2-22Oxy(-1,-3)-2可理解為過定點,斜率為的直線族.則問題的幾何意義為:求過半圓域上任一點與點的直線斜率的最大、最小值.由圖知,過點和點的直線斜率最大,.過點所作半圓的切線的斜率最?。O(shè)切點為,則過B點的切線方程為.又B在半圓周上,P在切線上,則有解得因此.綜上可知函數(shù)的值域為.練習1:設(shè)實數(shù)滿足,則的最大值是__________.【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:畫出不等式組所確定的三角形區(qū)域ABC(如圖2),表示兩點確定的直線的斜率,求z的最大值,即求可行域內(nèi)的點與原點連線的斜率的最大值.由圖2可以看出直線OP的斜率最大,故P為與的交點,即A點.∴.故答案為.注:解決本題的關(guān)鍵是理解目標函數(shù)的幾何意義,當然本題也可設(shè),則,即為求的斜率的最大值.由圖可知,過點A時,t最大.代入,求出,即得到的最大值是.練習2:若實數(shù)x,y滿足則不等式組表示區(qū)域的面積為________,的取值范圍是________.【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:如圖所示,不等式組表示區(qū)域面積為×1×3=,理解為區(qū)域上的點P(x,y)與點Q(1,-2)連線所在直線斜率的變化范圍,kAQ==1,kOQ==-2,結(jié)合圖形分析知的取值范圍為(-∞,-2]∪[1,+∞).二、平面內(nèi)兩點間的距離型(或距離的平方型)例2.已知實數(shù)x、y滿足,則的最值為________.【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:目標函數(shù),其含義是點(2,2)與可行域內(nèi)的點的距離的平方.由實數(shù)x、y所滿足的不等式組作可行域如圖所示:可行域為圖中內(nèi)部(包括邊界),易求B(-2,-1),結(jié)合圖形知,點(2,2)到點B的距離為其到可行域內(nèi)點的最大值,;點(2,2)到直線x+y-1=0的距離為其到可行域內(nèi)點的最小值,.例3.已知實數(shù)x、y滿足的最小值.【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:目標函數(shù),其含義是點(-2,1)與可行域內(nèi)的點的最小距離的平方減5.由實數(shù)x、y所滿足的不等式組作可行域如圖所示(直線右上方):點(-2,1)到可行域內(nèi)的點的最小距離為其到直線2x+y=1的距離,由點到直線的距離公式可求得,故練習3.已知,求的最小值.【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:作出可行域如圖3,并求出頂點的坐標A(1,3)、B(3,1)、C(7,9).而表示可行域內(nèi)任一點(x,y)到定點M(0,5)的距離的平方,過M作直線AC的垂線,易知垂足N在線段上,故z的最小值是.注:充分理解目標函數(shù)的幾何意義,如兩點間的距離(或平方)、點到直線的距離等.三.變換問題研究目標函數(shù)(含參問題)例4.已知,且的最大值是最小值的3倍,則a等于()A.或3B.C.或2D.【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:求解有關(guān)線性規(guī)劃的最大值和最小值問題,準確畫圖找到可行域是關(guān)鍵.如圖所示,點和B點分別取得最小值和最大值.由,由得B(1,1).∴.由題意得故答案B.四.求代數(shù)式范圍問題例5.已知函數(shù)f(x)=ax2-c滿足-4≤f(1)≤-1,-1≤f(2)≤5,求f(3)的取值范圍.【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:這是一類流傳很廣的題目,其常見的錯誤解法是由f(1)、f(2)的范圍,去求a,c的范圍,連續(xù)多次運用同向不等式相加這一性質(zhì),導致范圍擴大.實際上,可以看做關(guān)于a、c的線性規(guī)劃問題.由-4≤f(1)≤-1,得-4≤a-c≤-1.問題轉(zhuǎn)化為在約束條件(-4≤a-c≤-1,-1≤4a-c≤5)下目標函數(shù)z=9a-c的最優(yōu)解,由圖可知,在A,解方程組及得A(0,1),C(3,7).∴zmax=9×3-7=20,zmin=9×0-1=-1.∴-1≤f(3)≤20.依題設(shè)條件,將問題視作典范的線性規(guī)劃問題,數(shù)形結(jié)合,簡化了解題過程.練習3:已知求z=4x+y的最值.【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】方法一:仿例5.方法二:∵4x+y=(x-y)+(x+y),又1≤x-y≤2,2≤x+y≤4,∴≤(x-y)+(x+y)≤13,即z∈[,13].所以z的最大值為13,最小值為.3.課堂總結(jié)【知識梳理】1.求解目標函數(shù)不是直線形式的最值的思維程序是:2.常見代數(shù)式的幾何意義主要有以下幾點:(1)表示點(x,y)與原點(0,0)的距離;表示點(x,y)與點(a,b)的距離.(2)表示點(x,y)與原點(0,0)連線的斜率;表示點(x,y)與點(a,b)連線的斜率.4.隨堂檢測1.已知不等式組,則目標函數(shù)z=2y﹣x的最大值是()A.1B.﹣1C.﹣5D.4【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:A2.若滿足約束條件,QUOTEx-1?0,x-y≤0,x+y-4≤0,則QUOTExy的最大值為()A.1B.C.3D.4【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:C3.若x,y滿足且z=y(tǒng)-x的最小值為-4,則k的值為()A.2B.-2C.D.-【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:D4.實數(shù)滿足,若恒成立,則實數(shù)的取值范圍是.A.B.C.D.【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:A5.已知a>0,x,y滿足約束條件若z=2x+y的最小值為1,則a=()A.B.C.1D.2【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:A根據(jù)約束條件畫出可行域,如圖,由圖可知當直線z=2x+y經(jīng)過點B時,z最小,由解得所以zmin=2×1-2a=1,解得a=.故選A.(三)課后作業(yè)基礎(chǔ)型自主突破1.已知變量x,y滿足約束條件則的取值范圍是()A.B.C.D.(3,6]【知識點:簡單的線性規(guī)劃,直線的斜率;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:A提示:可理解為可行域中一點到原點的直線的斜率2.已知滿足,的最大值為,若正數(shù)滿足,則的最小值為()A.3B.C.2D.【知識點:簡單的線性規(guī)劃,基本不等式;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:B3.若實數(shù)滿足約束條件,則目標函數(shù)的最大值為.【知識點:簡單的線性規(guī)劃,直線的斜率;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:4.已知變量滿足約束條件若目標函數(shù)的最大值為1,則.【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:35.已知當取何值時,取得最大值是,最小值是.【知識點:簡單的線性規(guī)劃,兩點間距離公式;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:當x=2,y=3時,最大值為13;當x=45,y=25時,提示:可表示可行域內(nèi)的點到原點距離的平方6.已知是坐標原點,點,若點為平面區(qū)域上的一個動點,則的取值范圍是()A.B.C.D.【知識點:簡單的線性規(guī)劃,向量的數(shù)量積;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:B提示:=-2x+y.能力型師生共研7.實數(shù)滿足,若恒成立,則實數(shù)的取值范圍是()A.B.C.D.【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:A8.在約束條件下,當時,目標函數(shù)的最大值的變化范圍是()A.B.C.D.【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:D9.設(shè)滿足不等式組,若的最大值為,最小值為,則實數(shù)的取值范圍為()A.B.C.D.【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:B探究型多維突破11.已知點在由不等式確定的平面區(qū)域內(nèi),則點所在的平面區(qū)域面積是.【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:412.定義,設(shè)實數(shù),滿足約束條件,則的取值范圍是()A.B.C.D.【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合,函數(shù)思想】解:B由條件,當4x+3y≥3x-y,即x+2y≥0時,問題等價于在下求目標函數(shù)z=4x+y的值域,可得z∈[-7,10],同理當x+2y<0時,z∈(-7,8],綜上,z∈[-7,10].自助餐1.已知a>0,x,y滿足約束條件若z=2x+y的最小值為1,則a=()A.B.C.1D.2【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:B由題意作出所表示的區(qū)域如圖陰影部分所示,作直線2x+y=1,因為直線2x+y=1與直線x=1的交點坐標為(1,-1),結(jié)合題意知直線y=a(x-3)過點(1,-1),代入得a=,所以a=.2.若實數(shù)x,y滿足不等式組且x+y的最大值為9,則實數(shù)m=()A.-2B.-1C.1D.2【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:C如圖,設(shè)x+y=9,顯然只有在x+y=9與直線2x-y-3=0的交點處滿足要求,解得此時x=4,y=5,即點(4,5)在直線x-my+1=0上,代入得m=1.3.若實數(shù)x、y滿足則的取值范圍是()A.(0,1)B.(0,1]C.(1,+∞)D.[1,+∞)【知識點:簡單的線性規(guī)劃,直線的斜率;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:C在平面內(nèi)作出x、y滿足的可行域,設(shè)P(x,y)為可行域內(nèi)任一點,則直線PO的斜率kPO=,由數(shù)形結(jié)合得,kPO>1,故的取值范圍是(1,+∞).4.已知x、y滿足則的最值是()A.最大值是2,最小值是1B.最大值是1,最小值是0C.最大值是2,最小值是0D.有最大值無最小值【知識點:簡單的線性規(guī)劃,直線的斜率;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:C5.若不等式組所表示的平面區(qū)域被直線分為面積相等的兩部分,則的值是A.B.C.D.【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:A6.實數(shù)x,y滿足若目標函數(shù)z=x+y取得最大值4,則實數(shù)a的值為()A.4B.3C.2D.【知識點:簡單的線性規(guī)劃;數(shù)學思想:數(shù)形結(jié)合】解:C作出可行域,由題意可知可行域為△ABC內(nèi)部及邊界,y=-x+z,則z的幾何意義為直線在y軸上的截距,將目標函數(shù)平移可知當直線經(jīng)過點A時,目標函數(shù)取得最大值4,此時A點坐標為(a,a),代入得4=a+a=2a,所以a7.設(shè)變量x,y滿足若直線kx-y+2=0經(jīng)過該可行域,則k的最大值為_______.【知識點:簡單的線性規(guī)劃;
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