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线性规划问题是高中数学“不等式”中的一小部分,在高考试卷中屡屡出现。近年来,为了提高试题考查效能,其题型更加灵活,不仅引入了参数,而且呈现出与其他知识有机融合的趋势。如何设计“线性规划问题”的复习,是摆在高三教师面前的小课题。笔者认为,教师应在理解数学、理解学生的基础上构建复习主线,呈现有结构的、层层递进的例题,帮助学生在复习“线性规划”知识过程中,领悟思考方法,增强解决问题的能力,提升高三复习效率。
一、浅入:用基本题,夯实基础
解决线性规划问题的基本思路是“画图—平移—代值解答”,其中规范作图是基础。
1.仅涉及区域问题
例1不等式组2x+y-6≤0
x+y-3≥0
x≥0表示的平面区域的面积为( )
A.9 B.4 C. D.无穷大
解析:作可行域得△ABC,面积为。选(C)。
点评:可行域是线性规划问题的重点之一,确定可行域的基本方法:直线定界(注意虚实),特殊点定域。规范的作图是基础。通过例1的呈现,实现“浅入”目的,有助于夯实基础,为后续提升做准备。
2.目标函数是线性的
例2(2014·天津)设变量x,y满足约束条件x+y-2≥0,
x-y-2≤0,
y≥1,则目标函数z=x+2y的最小值为( )。
A.2 B.3 C.4 D.5
解析:作出平面区域。当z=x+2y经过A(1,1)时,得最小值3。选(B)
点评:根据线性约束条件求线性目标函数z=ax+by(b≠0)的最值问题是最常见的。其解决要点:(1)画出可行域;(2)将线性目标函数化为斜截式y=-x+(b≠0),找到z与纵截距的关系,当b>0时,纵截距越大,z越大;当b<0时,则相反。
二、递进:引入参数,推进探究
1.约束条件含参数
例3(2014 湖南)若变量x,y满足约束条件y≤x,
x+y≤4,
y≥k,且z=2x+y的最小值为-6,则k=_____。
解析:先作出由y≤x,
x+y≤4,≤确定的区域,再作出直线2x+y=-6,它与阴影区域的边界交于点A(-2,-2),所以直线y=k必过点A,最后确定可行域,再检验。故k=-2。
点评:当线性目标函数的最优解已知,求约束条件中的参数时,可行域往往未完全确定,解题时需充分结合最优解的信息,通过逆向思维,确定完整可行域。
2.目标函数含参数
例4(2014·浙江)当实数x,y满足x+y-4≥0,
x-y-1≤0,
y≥1,时,1≤ax+y≤4恒成立,则实数a的取值范围是______。
解析:作出可行域,将目标函数z=ax+y化为y=-ax+z,其中-a表示直线斜率,此时通过它与约束条件中的直线斜率比较大小,进行分类讨论,知目标函数最小值在A(1,0)在取得,故a≥1,最大值在B(2,1)取得,故2a+1≤4,综上1≤a≤。
此题的另一种解法是将可行域的三个顶点A(1,0),B(2,1),C(1,)的坐标均代入1≤ax+y≤4,可得1≤a≤。
点评:当目标函数中含参数时,通常需充分认识参数在式子中的意义,必要时进行分类讨论。但有时可以借助特殊点、极端状态等有效解题。上述解法二中用到了一个重要的结论:当可行域是封闭图形,且目标函数为线性时,其最值必在顶点取得。
三、深出:有机融合,促进迁移
例5(2013温州一模)设点A(1,-1),B(0,1)若直线ax+by=1与线段AB(包括端点)有公共点,则a2+b2的最小值为( )。
A. B. C. D.1
解析:由题知A、B在直线的两侧或直线上,即(a-b-1)(b-1)≤0,作出可行域,注意到a2+b2可视为该可行域内的点与原点的距离平方,由图知,a2+b2的最小值为,选(C)。
点评:此题有其他解法,此处仅用可行域思想加以解决,显得新颖独到。
一、浅入:用基本题,夯实基础
解决线性规划问题的基本思路是“画图—平移—代值解答”,其中规范作图是基础。
1.仅涉及区域问题
例1不等式组2x+y-6≤0
x+y-3≥0
x≥0表示的平面区域的面积为( )
A.9 B.4 C. D.无穷大
解析:作可行域得△ABC,面积为。选(C)。
点评:可行域是线性规划问题的重点之一,确定可行域的基本方法:直线定界(注意虚实),特殊点定域。规范的作图是基础。通过例1的呈现,实现“浅入”目的,有助于夯实基础,为后续提升做准备。
2.目标函数是线性的
例2(2014·天津)设变量x,y满足约束条件x+y-2≥0,
x-y-2≤0,
y≥1,则目标函数z=x+2y的最小值为( )。
A.2 B.3 C.4 D.5
解析:作出平面区域。当z=x+2y经过A(1,1)时,得最小值3。选(B)
点评:根据线性约束条件求线性目标函数z=ax+by(b≠0)的最值问题是最常见的。其解决要点:(1)画出可行域;(2)将线性目标函数化为斜截式y=-x+(b≠0),找到z与纵截距的关系,当b>0时,纵截距越大,z越大;当b<0时,则相反。
二、递进:引入参数,推进探究
1.约束条件含参数
例3(2014 湖南)若变量x,y满足约束条件y≤x,
x+y≤4,
y≥k,且z=2x+y的最小值为-6,则k=_____。
解析:先作出由y≤x,
x+y≤4,≤确定的区域,再作出直线2x+y=-6,它与阴影区域的边界交于点A(-2,-2),所以直线y=k必过点A,最后确定可行域,再检验。故k=-2。
点评:当线性目标函数的最优解已知,求约束条件中的参数时,可行域往往未完全确定,解题时需充分结合最优解的信息,通过逆向思维,确定完整可行域。
2.目标函数含参数
例4(2014·浙江)当实数x,y满足x+y-4≥0,
x-y-1≤0,
y≥1,时,1≤ax+y≤4恒成立,则实数a的取值范围是______。
解析:作出可行域,将目标函数z=ax+y化为y=-ax+z,其中-a表示直线斜率,此时通过它与约束条件中的直线斜率比较大小,进行分类讨论,知目标函数最小值在A(1,0)在取得,故a≥1,最大值在B(2,1)取得,故2a+1≤4,综上1≤a≤。
此题的另一种解法是将可行域的三个顶点A(1,0),B(2,1),C(1,)的坐标均代入1≤ax+y≤4,可得1≤a≤。
点评:当目标函数中含参数时,通常需充分认识参数在式子中的意义,必要时进行分类讨论。但有时可以借助特殊点、极端状态等有效解题。上述解法二中用到了一个重要的结论:当可行域是封闭图形,且目标函数为线性时,其最值必在顶点取得。
三、深出:有机融合,促进迁移
例5(2013温州一模)设点A(1,-1),B(0,1)若直线ax+by=1与线段AB(包括端点)有公共点,则a2+b2的最小值为( )。
A. B. C. D.1
解析:由题知A、B在直线的两侧或直线上,即(a-b-1)(b-1)≤0,作出可行域,注意到a2+b2可视为该可行域内的点与原点的距离平方,由图知,a2+b2的最小值为,选(C)。
点评:此题有其他解法,此处仅用可行域思想加以解决,显得新颖独到。