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一般地,求线性目标函数在线性约束条件下的最大值或最小值的问题,统称为线性规划问题。从近几年高考题型看,线性规划问题在以能力立意的命题思想指导下,大胆深化、开放创新,从单一的、静态的线性规划发展为较全面的、动态的综合题型,这主要归功于参数的介入,使线性规划问题越来越活,解决此类问题要善于抓住问题的实质,挖掘其中的几何意义,利用数形结合进行观察分析,必要时对参数进行分类讨论。本文针对高考中出现的参数特征进行探讨,供高考复习备考时参考。
一、目标函数中含有参数
这个参数往往与直线的斜率有关系,并且已知最优解,因此解题时可充分利用斜率的特征加以转化。
1.目标函数中的系数为参数
例1、(2009年陕西理11)若x,y满足约束条件x+y?叟1x-y?叟-12x-y?燮2,目标函数z=ax+2y仅在点(1,0)处取得最小值,则a的取值范围是( )
A. (-1,2) B. (-4,2) C. (-4,0) D.(-2,4)
分析:明确a的几何意义,与直线的斜率有关,根据图形特征确定怎样才能保证仅在点(1,0)处取得最小值。
解:作出约束条件所形成的区域图形,目标函数化成y=-■x+■,则斜率k=-■,截距为■,要使截距最小,则-1 2.目标函数中的系数为参数
例2 (2006湖北理) 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取得最小值,则m=( )。
A.-2 B.-1 C.1 D.4
分析:最优解有无穷多个,往往是指目标函数与其中一条直线重合,此外要注意到参数为或的系数上的不一致。
解:要使目标函数z=x+my的最优解有无穷多个,则直线z=x+my应与直线AC或AB,BC重合,但要使目标函数Z=X+my取得最小值,必须使得函数斜率为负值,且斜率的绝对值要大,从而只能与直线AC重合,则-■=kAC=-1,所以m=1,选C。
3.目标函数中x,y的系数均为参数
例3 (2009年山东理12) 设x,y满足约束条件3x-y-6?燮0x-y+2?叟0x?叟0,y?叟0,若目标函数z=ax+by,(a>0,b>0)的值是最大值为12,则■+■的最小值为( )。
A.■ B.■ C.■ D. 4
分析:本题综合地考查了线性规划问题和由基本不等式求函数的最值问题.要求能准确地画出不等式表示的平面区域,并且能够求得目标函数的最值,对于形如已知2a+3b=6,求■+■的最小值常用乘积进而用均值不等式解答。
解:不等式表示的平面区域如图所示阴影部分,当直线z=ax+by(a>b,b>0)过直线x-y+2=0与直线3x-y-6=0的交点A(4,6)时,目标函数z=ax+by(a>0,b>0)取得最大12,4a+6b=12,即2a+3b=6,而■+■=(■+■)■=■+(■+■)?叟■+2=■,故选A。
二、约束条件中含有参数
约束条件中某一个约束条件含有参数,意味着约束条件是变动的,这种变动导致了目标函数最值的变动。
1.已知目标函数最值,求参数的值
例4 (2010年浙江理7)若实数,满足不等式组x+3y-3?叟0,2x-y-3?燮0,x-my+1?叟0,且z=x+y的最大值为9,则实数m=( )。
A.-2 B.-1
C.1 D.2
分析:已知目标函数的最值求参数的值,关键是找到最优解,代入到目标函数中,求出参数的值。
解:不等式组表示的平面区域如图中阴影所示,把目标函数化为y=-x+z,则当直线y=-x+z过A点时z最大,由2x-y-3=0,x-my+1=0,得到A(■,■),代入目标函数得■+■=9,所以m=1。
2.已知目标函数最值范围,求参数的范围
例5 (2011年高考湖南卷理科7)设m>1,在约束条件y?叟xy?燮mxx+y?燮1下,目标函数Z=x+my的最大值小于2,则m的取值范围为
。
分析:本题关键是理解参数的几何意义是直线的斜率,找到关于m的一个不等式。
解:不等式组表示的平面区域如图中阴影所示,把目标函数化为y=-■x+■,(m>1),则-1<-■<0显然只有当y=-■x+■在y轴上的截距最大时,z最大,根据图形,目标函数在点A处取得最大值,由y=mxx+y=1,得到A(■,■)代入目标函数,即■+■<2,解得1 规律总结:线性规划中参数的本质是对直线的斜率和截距产生变化,运用数形结合的思想,找准目标函数取得最值时的最优解。从“懂”到“会”到“悟”,体会钻研的意识,品尝成功的喜悦。
(作者单位:浙江象山西周中学)
一、目标函数中含有参数
这个参数往往与直线的斜率有关系,并且已知最优解,因此解题时可充分利用斜率的特征加以转化。
1.目标函数中的系数为参数
例1、(2009年陕西理11)若x,y满足约束条件x+y?叟1x-y?叟-12x-y?燮2,目标函数z=ax+2y仅在点(1,0)处取得最小值,则a的取值范围是( )
A. (-1,2) B. (-4,2) C. (-4,0) D.(-2,4)
分析:明确a的几何意义,与直线的斜率有关,根据图形特征确定怎样才能保证仅在点(1,0)处取得最小值。
解:作出约束条件所形成的区域图形,目标函数化成y=-■x+■,则斜率k=-■,截距为■,要使截距最小,则-1
例2 (2006湖北理) 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取得最小值,则m=( )。
A.-2 B.-1 C.1 D.4
分析:最优解有无穷多个,往往是指目标函数与其中一条直线重合,此外要注意到参数为或的系数上的不一致。
解:要使目标函数z=x+my的最优解有无穷多个,则直线z=x+my应与直线AC或AB,BC重合,但要使目标函数Z=X+my取得最小值,必须使得函数斜率为负值,且斜率的绝对值要大,从而只能与直线AC重合,则-■=kAC=-1,所以m=1,选C。
3.目标函数中x,y的系数均为参数
例3 (2009年山东理12) 设x,y满足约束条件3x-y-6?燮0x-y+2?叟0x?叟0,y?叟0,若目标函数z=ax+by,(a>0,b>0)的值是最大值为12,则■+■的最小值为( )。
A.■ B.■ C.■ D. 4
分析:本题综合地考查了线性规划问题和由基本不等式求函数的最值问题.要求能准确地画出不等式表示的平面区域,并且能够求得目标函数的最值,对于形如已知2a+3b=6,求■+■的最小值常用乘积进而用均值不等式解答。
解:不等式表示的平面区域如图所示阴影部分,当直线z=ax+by(a>b,b>0)过直线x-y+2=0与直线3x-y-6=0的交点A(4,6)时,目标函数z=ax+by(a>0,b>0)取得最大12,4a+6b=12,即2a+3b=6,而■+■=(■+■)■=■+(■+■)?叟■+2=■,故选A。
二、约束条件中含有参数
约束条件中某一个约束条件含有参数,意味着约束条件是变动的,这种变动导致了目标函数最值的变动。
1.已知目标函数最值,求参数的值
例4 (2010年浙江理7)若实数,满足不等式组x+3y-3?叟0,2x-y-3?燮0,x-my+1?叟0,且z=x+y的最大值为9,则实数m=( )。
A.-2 B.-1
C.1 D.2
分析:已知目标函数的最值求参数的值,关键是找到最优解,代入到目标函数中,求出参数的值。
解:不等式组表示的平面区域如图中阴影所示,把目标函数化为y=-x+z,则当直线y=-x+z过A点时z最大,由2x-y-3=0,x-my+1=0,得到A(■,■),代入目标函数得■+■=9,所以m=1。
2.已知目标函数最值范围,求参数的范围
例5 (2011年高考湖南卷理科7)设m>1,在约束条件y?叟xy?燮mxx+y?燮1下,目标函数Z=x+my的最大值小于2,则m的取值范围为
。
分析:本题关键是理解参数的几何意义是直线的斜率,找到关于m的一个不等式。
解:不等式组表示的平面区域如图中阴影所示,把目标函数化为y=-■x+■,(m>1),则-1<-■<0显然只有当y=-■x+■在y轴上的截距最大时,z最大,根据图形,目标函数在点A处取得最大值,由y=mxx+y=1,得到A(■,■)代入目标函数,即■+■<2,解得1
(作者单位:浙江象山西周中学)