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线性规划问题考查形式多样,可与多个知识点的交汇处构造全新的背景试题,成为考试的热点之一.下面就线性规划问题中,利用目标函数具有的几何意义如截距,距离,斜率的等考查方式例析如下
1. 目标函数是截距型
1) 适当变换求解目标可以使其几何意义更加明确
例1 若实数 x,y满足x-4y≤-3
3x+5y≤25
x≥1.求Z=2x+y的最大值和最小值.
解:作出不等式组,所表示的平面区域
将Z=2x+y变形为y=-2x+z
问题转化为求y=-2x+z与图示的可行域有公共点时y轴截距z的最大值,最小值问题.结合图形可知L直线过A点(1,1)时Z有最小值3, L直线过B点(5,2)时Z有最大值12.
评析:形如目标函数Z=ax+by时,则y=-abx+zb,b>0时y轴的截距越大,Z值越大,b<0y轴的截距越小,Z值越小
2) 含有参数的线性规划问题的处理
设x,y满足约束条件2x-y+2≥0
8x-y-4≤0
x≥0,y≥0若目标函数z=abx+y的最大值为8,则a+b的最小值?
解:据约束条件作出如图所示的可行域
a>0,b>0,所以目标函数过直线2x-y+2=0与8x-y-4=0的交点(1,4)时取得最大值,从而有8=ab+4,即ab=4,所以a+b≥2ab=4,即a+b的最小值为4.
评析:目标函数中z的几何意义是直线z=abx+y在y轴上的截距,通过观察直线的变化找到其取最大值的点,根据最大值是8求出ab的值,进而根据均值不等式求出a+b的最小值.
2. 目标函数是距离型
例2 若实数 x,y满x-4y≤-3
3x+5y≤25
x≥1.求Z=(x+1)2+(x+2)2的最大值,最小值.
解:Z=(x+1)2+(x+2)2理解为可行域内的点(x,y)与点M(-1,-2)距离的平方.结合例1图像Z的最小值是MA2=13,Z的最大值是MC2=52
评析:形如目标函数Z=(x-a)2+(x-b)2时,Z值即为可行域内的动点(x,y)与点M(a,b)距离的平方,
3. 目标函数是斜率型
例3 已知变量x,y满足不等式组2x+y-4≥0
y-2≤0
x-y-2≤0
求z=y-1x-1的最大值
解:据约束条件作出如图所示的可行域
y-1x-1的最大值可看作在可行域内的点与点P(-1,1)所得直线的斜率最大问题,由图可知直线PA的斜率最大,z的最大值就是zmax=kPA=2-11-(-1)=12.
评析:形如目标函数Z=x-ay-b转化为可行域内的动点(x,y)与(a,b)连线的斜率
线性规划问题常考常新.因此我们应注重通性通法,注重解题的模式化.如给定平面区域求解一些非线性目标的最值或范围时,要根据解析几何知识确定求解目标的几何意义,结合解析几何知识解决问题,适当变换求解目标可以使其几何意义更加明确,从而更直观认识问题.
1. 目标函数是截距型
1) 适当变换求解目标可以使其几何意义更加明确
例1 若实数 x,y满足x-4y≤-3
3x+5y≤25
x≥1.求Z=2x+y的最大值和最小值.
解:作出不等式组,所表示的平面区域
将Z=2x+y变形为y=-2x+z
问题转化为求y=-2x+z与图示的可行域有公共点时y轴截距z的最大值,最小值问题.结合图形可知L直线过A点(1,1)时Z有最小值3, L直线过B点(5,2)时Z有最大值12.
评析:形如目标函数Z=ax+by时,则y=-abx+zb,b>0时y轴的截距越大,Z值越大,b<0y轴的截距越小,Z值越小
2) 含有参数的线性规划问题的处理
设x,y满足约束条件2x-y+2≥0
8x-y-4≤0
x≥0,y≥0若目标函数z=abx+y的最大值为8,则a+b的最小值?
解:据约束条件作出如图所示的可行域
a>0,b>0,所以目标函数过直线2x-y+2=0与8x-y-4=0的交点(1,4)时取得最大值,从而有8=ab+4,即ab=4,所以a+b≥2ab=4,即a+b的最小值为4.
评析:目标函数中z的几何意义是直线z=abx+y在y轴上的截距,通过观察直线的变化找到其取最大值的点,根据最大值是8求出ab的值,进而根据均值不等式求出a+b的最小值.
2. 目标函数是距离型
例2 若实数 x,y满x-4y≤-3
3x+5y≤25
x≥1.求Z=(x+1)2+(x+2)2的最大值,最小值.
解:Z=(x+1)2+(x+2)2理解为可行域内的点(x,y)与点M(-1,-2)距离的平方.结合例1图像Z的最小值是MA2=13,Z的最大值是MC2=52
评析:形如目标函数Z=(x-a)2+(x-b)2时,Z值即为可行域内的动点(x,y)与点M(a,b)距离的平方,
3. 目标函数是斜率型
例3 已知变量x,y满足不等式组2x+y-4≥0
y-2≤0
x-y-2≤0
求z=y-1x-1的最大值
解:据约束条件作出如图所示的可行域
y-1x-1的最大值可看作在可行域内的点与点P(-1,1)所得直线的斜率最大问题,由图可知直线PA的斜率最大,z的最大值就是zmax=kPA=2-11-(-1)=12.
评析:形如目标函数Z=x-ay-b转化为可行域内的动点(x,y)与(a,b)连线的斜率
线性规划问题常考常新.因此我们应注重通性通法,注重解题的模式化.如给定平面区域求解一些非线性目标的最值或范围时,要根据解析几何知识确定求解目标的几何意义,结合解析几何知识解决问题,适当变换求解目标可以使其几何意义更加明确,从而更直观认识问题.