线性规划的概念
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3.6:线性规划
目录:
(1)线性规划的基本概念
(2)线性规划在实际问题中的应用
【知识点1:线性规划的基本概念】
(1)如果对于变量x 、y 的约束条件,都是关于x 、y 的一次不等式,则称这些约束条件为__线性约束条件__(),z f x y =是欲求函数的最大值或最小值所涉及的变量x 、y 的解析式,叫做__目标函数_,当(),f x y 是x 、y 的一次解析式时,(),z f x y =叫做_线性目标函数__. (2)求线性目标函数在线性约束条件下的最大值或最小值问题,称为__线性规划问题__ ;满足线性约束条件的解(),x y 叫做__可行解_;由所有可行解组成的集合叫做__可行域_;使目标函数取得最大值或最小值的可行解叫做_最优解__
例题:若变量x 、y 满足约束条件2
10x y x y +≤⎧⎪
≥⎨⎪≥⎩
,则z x y =+的最大值和最小值分别为
( B )
A. 4和3
B. 4和2
C. 3和2
D. 2和0
分析:本题考查了不等式组表示平面区域,目标函数最值求法.
解:画出可行域如图
作020l x y +=:
所以当直线2z x y =+过()20A ,
时z 最大,过()1,0B 时z 最小max min 4, 2.z z ==
变式1:已知2z x y =+,式子中变量x 、y 满足条件11y x
x y y ≤⎧⎪
+≤⎨⎪≥-⎩
,则z 的最大值是__3___
解:不等式组表示的平面区域如图所示.
作直线0:20l x y +=,平移直线0l ,当直线0l 经过
平面区域的点()21A -,时,z 取最大值2213⨯-=.
变式2:设2z x y =+,式中变量x 、y 满足条件43
35251x y x y x -≤-⎧⎪
+≤⎨⎪≥⎩
,求z 的最大值和最小值
分析:由于所给约束条件及目标函数均为关于x 、y 的一次式,所以此问题是简单线性
规划问题,使用图解法求解
解:作出不等式组表示的平面区域(即可行域),如图所示.
把2z x y =+变形为2y x z =-+,得到斜率为-2,在y 轴上的截距为z ,随z 变化的一族平行直线.
由图可看出,当直线2z x y =+经过可行域上的点A 时,截距z 最大,经过点B 时,截距z 最小.
解方程组430
35250x y x y -+=⎧⎨+-=⎩,得A 点坐标为()5,2,
解方程组1
430x x y =⎧⎨-+=⎩
,得B 点坐标为()1,1
所以max min 25212,211 3.z z =⨯+==⨯+=
变式3:若变量x 、y 满足约束条件6
321x y x y x +≤⎧⎪
-≤-⎨⎪≥⎩
,则23z x y =+的最小值为( C )
A. 17
B. 14
C. 5
D. 3
解:作出可行域(如图阴影部分所示).
作出直线:230l x y +=.
平移直线l 到l ′的位置,使直线l 通过可行域中的A 点(如图) 这时直线在y 轴上的截距最小,z 取得最小值. 解方程组132x x y =⎧⎨-=-⎩,得最优解1
1x y =⎧⎨=⎩,
min 21315z ∴=⨯+⨯=
【知识点2:线性规划在实际问题中的应用】
例题:某工厂生产甲、乙两种产品,其产量分别为45个与55个,所用原料为A 、B 两种规格金属板,每张面积分别为2m2与3m2.用A 种规格金属板可造甲种产品3个,乙种产品5个;用B 种规格金属板可造甲、乙两种产品各6个.问A 、B 两种规格金属板各取多少张,才能完成计划,并使总的用料面积最省?
解:设A 、B 两种金属板分别取x 张、y 张,用料面积为z ,则约束条件为 3645
565500
x y x y x y +≥⎧⎪+≥⎪
⎨
≥⎪⎪≥⎩ 目标函数为23z x y =+.
作出以上不等式组所表示的平面区域(即可行域),如图所示:
23z x y =+变为233z y x =-+,得斜率为23-,在y 轴上截距为3
z
且随z 变化的一组平行
直线.
当直线23z x y =+过可行域上点M 时,截距最小,z 最小. 解方程组 ,得M 点的坐标为(5,5).
此时()
2min 253525z m =⨯+⨯=.
答:当两种金属板各取5张时,用料面积最省.
变式1:4个茶杯和5包茶叶的价格之和小于22元,而6个茶杯与3包茶叶的价格之和大于24元,则2个茶杯和3包茶叶的价格比较( A ) A .2个茶杯贵 B .3包茶叶贵 C .相同 D .无法确定 解:设茶杯每个x 元,茶叶每包y 元,则
45226324,x y x y x y N +<⎧⎪
+>⎨⎪∈⎩
2U x y =-取值的符号判断如下
由2.033U y x U =
-=当时,过点()32A ,
,往下平移.经过可行域内的点03
U
-< ∴0U >,即23x y >.往上平移不经过可行域内的点. ∴选A.
变式2 已知x 、y 满足20
40250x y x y x y -+≥⎧⎪
+-≥⎨⎪--≤⎩
,求:
(1)221025z x y y =+-+的最小值; (2)1
1
y z x +=
+的取值范围. 分析:(1)将z 化为()2
25z x y =+-,问题转化为求可行域中的点与定点的最小距离问题; (2)将式子化为(1)
(1)
y z x --=--或1(1)y z x +=+,问题转化为求可行域中的点与定点的连线的
斜率的最值问题