另辟蹊径寻找不等式表示的平面区域

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  线性规划在近几年的高考中备受青睐,而解决线性规划问题的基础是找出由线性(或非线性)约束条件确定的区域.教科书中给出了用特殊点寻找平面区域的方法,就是“直线定界,特殊点定域”,特殊点定域即利用“同则同域,异则异域”的思想.波利亚在《怎样解题》中指出:“解题中的成功有赖于选择正确的方面,有赖于从好接近的一侧攻击堡垒.为了找出哪个方面是正确的方面,哪一侧是好接近的一侧,我们从各个方面、各个侧边去试验.”笔者在教学实践中另辟蹊径,从另一侧找到了判断平面区域的方法.
  引理1:对于二元一次不等式Ax+By+C>0,若B>0,则其不等式所表示的平面区域为直线Ax+By+C=0的上方.
  证明:设点为直线Ax+By+C=0上任一点,过点M作平行于y轴的直线,在点M的上方任意取一点N(x,y),都有x=x■,y>y■.
  ∵Ax■+By■+C=0,By■=-Ax■-C=-Ax-C
  又∵y0,
  ∴By■  ∴-Ax-C  即Ax+By+C>0,
  因为点M(x■,y■)为直线上任意点,所以对于直线Ax+By+C=0上方的任一点(x,y),Ax+By+C>0都成立.
  由此在平面直角坐标系中,以二元一次不等式的解为坐标的点的集合{(x,y)|Ax+By+C>0}是在直线上方的平面区域.
  同理还可以得到以下性质:
  引理2:对于二元一次不等式Ax+By+C>0,若B<0,则其不等式所表示的平面区域为直线Ax+By+C=0的下方.
  引理3:对于二元一次不等式Ax+By+C<0,若B>0,则其不等式所表示的平面区域为直线Ax+By+C=0的下方.
  引理4:对于二元一次不等式Ax+By+C<0,若B<0,则其不等式所表示的平面区域为直线Ax+By+C=0的上方.
  对以上性质进行比较研究不难得到以下定理(为了便于总结,不妨把“>”理解为正,“<”理解为负):
  定理:对于二元一次不等式Ax+By+C>0(或Ax+By+C<0),當B的符号(正负性)与不等号“>”或“<”的符号相同时,其不等式表示的平面区域必在直线的上方;当B的符号与不等号“>”或“<”的符号不同时,其不等式表示的平面区域必在直线的下方.上下方与A的符号无关.
  与复合函数的单调性判断——同增异减一样,我们可以把上面的定理简化为“同上异下”.
  利用这个原则,在解有些题时可不用画图直接出答案,提高了解题速度;在解有些题时在图上能很快判断出平面区域.
  例1:不等式2x-y-4<0表示的平面区域在直线2x-y-4=0的?摇 ?摇方.
  解:因为y的系数与“<0”的符号相反,根据“同上异下”原则空格处应填“上”.
  例2:已知ax+(a+x)y-3>0表示的平面区域是在直线ax+(a+x)y-3=0的下方,求a的取值范围.
  分析:此题用常规方法是:先取特殊点原点带入,判断出原点一定在对应直线上方,再讨论斜率,画出直线的两种可能性,然后利用截距的符号得出a的取值范围.由于要分多种情况因而增加了题目的难度.但是如果用“同上异下”的原则,就很容易判断出a的取值范围.
  解:因为已知的平面区域是在直线ax+(a+x)y-3=0的下方,所以y的系数的正负性与“>0”所表示的正号相反,即a+2<0,a<-2.
  例3:用三条直线x+2y-2=0,2x+y-2=0,x-y-3=0围成一个三角形,试写出三角形内部区域满足的不等式组.
  解:∵平面区域为三角形的内部区域,∴所求的不等式不能取“=”.
  在平面直角坐标系中画出三条直线(如图),得到三角形内部区域为如图的△ABC的内部.
  因为平面区域在直线x+2y-2=0的下方,在直线2x+y-2=0的下方,在直线x-y-3=0的上方,
  所以由“同上异下”原则得到不等式组为:
  x+2y-2<02x+y-2>0x-y-3<0
  例4:(2007,浙江)设为实数,若{(x,y)|x-2y+5≥03-x≥0mx+y≥0}?哿{(x,y)}|x■+y■≤25|,则m的取值范围是?摇?摇 ?摇?摇?摇?摇.
  解析:题中所给的集合关系为两个点集关系,数形结合,画出其对应图形,在画图中唯一的麻烦是mx+y≥0是不容易确定,但利用“同上异下”原则加上对应直线过原点这一定点,mx+y≥0所表示的平面区域必在直线mx+y=0的上方,由于第一个集合所表示的平面区域一定要在原点为圆心,5为半径的圆上或圆内,因此直线mx+y=0的斜率-m≤0,又点C(3,-4)对应的斜率K■=-■,刚刚满足,所以-m≤-■.
  从而可得0≤m≤■.
  参考文献:
  [1]普通高中课程标准实验教科书数学必修5.
  [2]波利亚.怎样解题.
  [3]唐绍友.线性规划问题在高考中的走向.
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