3.3.2简单的线性规划问题
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简单的线性规划学习内容总析线性规划位于不等式和直线方程的结合点上,是培养学生转化能力和熟练运用数形结合能力的重要内容。
这一节的知识内容形成了一条结构紧密的知识链条:以二元一次不等式(组)表示的平面区域为基础,根据实际问题中的已知条件,找出约束条件和目标函数,利用图解法解决简单的线性规划问题。
学情总析本节内容是在学习了直线方程、二元一次不等式(组)所表示的平面区域的基础上,强调应用转化思想和数形结合思想来解决线性规划问题。
三维教学目标知识与技能:①了解线性规划的意义以及约束条件、线性目标函数、可行域、最优解等相关的基本概念;②在巩固二元一次不等式(组)所表示的平面区域的基础上,能从实际优化问题中抽象出约束条件和目标函数,并依据目标函数的几何含义直观地运用图解法求出最优解;③掌握对一些实际优化问题建立线性规划数学模型并运用图解法进行求解的基本方法和步骤。
过程与方法:①培养学生的形象思维能力、绘图能力和探究能力;②强化数形结合的数学思想方法;③提高学生构建(不等关系)数学模型、解决简单实际优化问题的能力。
情感、态度与价值观:①在感受现实生产、生活中的各种优化、决策问题中体验应用数学的快乐;②在运用求解线性规划问题的图解方法中,感受动态几何的魅力;③在探究性练习中,感受多角度思考、探究问题并收获探究成果的乐趣。
教学重点及应对策略1、教学重点:根据实际优化问题准确建立目标函数,并依据目标函数的几何含义直观地运用图解法求出最优解;2、应对策略:将求目标函数最值问题转化为经过可行域的直线在y轴上的截距的最值问题,然后借助直线方程的知识进行解决。
教学难点及应对策略1、教学难点:①借助线性目标函数的几何含义准确理解线性目标函数在y轴上的截距与z最值之间的关系;②用数学语言表述运用图解法求解线性规划问题的过程。
2、应对策略:在理论解释的同时,可用动画进行演示辅助理解。
教学过程设计。
3.3.2简单的线性规划问题(2)教材分析线性规划是运筹学中研究较早、发展较快、应用广泛、方法较成熟的一个重要分支,它是辅助人们进行科学管理的一种数学方法,广泛地应用于军事作战、经济分析、经营管理和工程技术等方面.简单的线性规划指的是目标函数含两个自变量的线性规划,其最优解可以用数形结合方法求出.简单的线性规划关心的是两类问题:一是在人力、物力、资金等资源一定的条件下,如何使用它们来完成最多的任务;二是给定一项任务,如何合理规划,能以最少的人力、物力、资金等资源来完成. 教科书利用生产安排的具体实例,介绍了线性规划问题的图解法,引出线性规划等概念,最后举例说明了简单的二元线性规划在饮食营养搭配中的应用.本节内容蕴含了丰富的数学思想方法,突出体现了优化思想、数形结合思想和化归思想.课时分配本课时是简单的线性规划问题的第二课时,主要解决的是线性规划的应用问题.教学目标重点: 掌握约束条件、目标函数、可行解、可行域、最优解等基本概念.难点:理解实际问题的能力,渗透化归、数形结合的数学思想.知识点:图解法求线性目标函数的最大值、最小值.能力点:函数与方程、数形结合、等价转化、分类讨论的数学思想的运用.教育点:结合教学内容培养学生学习数学的兴趣和“用数学”的意识.自主探究点:培养学生观察、联想、作图和理解实际问题的能力.考试点:线性规划问题的图解法;寻求有实际背景的线性规划问题的最优解.易错易混点:线性规划问题和非线性规划问题的区分于解决.拓展点:非线性规划问题.教具准备实物投影机和粉笔课堂模式诱思探究一、复习引入简单线性规划问题就是求线性目标函数在线性约束条件下的最优解,无论此类题目是以什么实际问题提出,其求解的格式与步骤是不变的:(1)寻找线性约束条件,线性目标函数;(2)由二元一次不等式表示的平面区域作出可行域;(3)在可行域内求目标函数的最优解.【设计意图】通过复习进一步熟悉解决简单线性规划问题的具体操作程序.二、探究新知请同学们通过完成练习来掌握图解法解决简单的线性规划问题.(1)求2z x y =+的最大值,使式中的x y 、满足约束条件,1,1.y x x y y ≤⎧⎪+≤⎨⎪≥-⎩(2)求35z x y =+的最大值和最小值,使式中的x y 、满足约束条件5315,1,5 3.x y y x x y +≤⎧⎪≤+⎨⎪-≥⎩解:不等式组表示的平面区域如右图所示: 当0,0x y ==时,20z x y =+=, 点(0,0)在直线020l x y +=:上.作一组与直线0l 平行的直线2,l x y t t R +=∈:.可知在经过不等式组所表示的公共区域内的点且平行于l 的直线中,以经过点(2,1)A -的直线所对应的t 最大.所以max 2213z =⨯-=.(2)求35z x y =+的最大值和最小值,使式中的x y 、满足约束条件5315,1,5 3.x y y x x y +≤⎧⎪≤+⎨⎪-≥⎩解:不等式组所表示的平面区域如右图所示.从图示可知直线35x y t +=在经过不等式组所表示的公共区域内的点时,以经过点(2,1)--的直线所对应的t 最小,以经过点917(,)88的直线所对应的t 最大.所以min 3(2)5(1)11z =⨯-+⨯-=-, max 917351488z =⨯+⨯=. 【设计意图】通过反思总结,加强对“数形结合”数学思想的认识,形成学生良好的认知结构.三、运用新知【例1】某工厂生产甲、乙两种产品.已知生产甲种产品1t ,需耗A 种矿石10t 、B 种矿石5t 、煤4t ;生产乙种产品需耗A 种矿石4t 、B 种矿石4t 、煤9t.每1t 甲种产品的利润是600元,每1t 乙种产品的利润是1000元.工厂在生产这两种产品的计划中要求消耗A 种矿石不超过360t 、B 种矿石不超过200t 、煤不超过300t ,甲、乙两种产品应各生产多少(精确到0.1t ),能使利润总额达到最大?解:设生产甲、乙两种产品分别为xt yt 、,利润总额为z 元,那么104300,54200,49360,0,0;x y x y x y x y +≤⎧⎪+≤⎪⎪+≤⎨⎪≥⎪≥⎪⎩目标函数为6001000z x y =+.作出以上不等式组所表示的平面区域,即可行域. 作直线6001000=0l x y +:, 即直线5=0l x y +:3,把直线l 向右上方平移至1l 的位置时,直线经过可行域上的点M ,且与原点距离最大,此时6001000z x y =+取最大值.解方程组54200,49360,x y x y +=⎧⎨+=⎩得M 的坐标为3601000(,)2929. 答:应生产甲产品约12.4t ,乙产品34.4t ,能使利润总额达到最大.【设计意图】通过此题检测学生对已学知识的掌握情况,进一步培养学生的运算能力和准确作图的能力.【例2】在上一节例4中(课本85页例4),若生产1车皮甲种肥料,产生的利润为10000元,若生产1车皮乙种肥料,产生的利润为5000元,那么分别生产甲、乙两种肥料各多少车皮,能够产生最大的利润?生:若设生产x 车皮甲种肥料,y 车皮乙种肥料,能够产生的利润z 万元.目标函数0.5z x y =+,可行域如右图:把0.5z x y =+变形为22y x z =-+,得到斜率为2-,在y 轴上截距为2z ,随z 变化的一组平行直线.由图可以看出,当直线22y x z =-+经过可行域上的点M 时,截距2z 最大,即z 最大. 解方程组⎩⎨⎧=+=+104,661518y x y x 得点(2,2)M ,因此当2,2x y ==时,0.5z x y =+取最大值,最大值为3.由此可见,生产甲、乙两种肥料各2车皮,能够产生最大的利润,最大利润为3万元.【设计意图】利用学生感兴趣的例子激发学习动机,通过一道完整的简单线性规划问题,让学生掌握解决简单线性规划问题的基本步骤,培养学生的数学建模意识.同时进一步加深对图解法的认识.四、课堂小结用图解法解决简单的线性规划问题的基本步骤:(1)首先,要根据线性约束条件画出可行域(即画出不等式组所表示的公共区域). (2)设0t ,画出直线0l .(3)观察、分析,平移直线0l ,从而找到最优解.(4)最后求得目标函数的最大值及最小值.以实际问题为背景的线性规划问题其求解的格式与步骤: (1)寻找线性约束条件,线性目标函数;(2)由二元一次不等式表示的平面区域作出可行域; (3)在可行域内求目标函数的最优解. 当然也要注意问题的实际意义【设计意图】通过总结,培养学生数学交流和表达的能力,养成及时总结的良好习惯,并将所学知识纳入已有的认知结构.五、布置作业课本第93页习题3.3 B 组1、2、3.拓展作业:某工厂用A 、B 两种配件生产甲、乙两种产品,每生产一件甲产品使用4个A 配件耗时1h ,每生产一件乙产品使用4个B 配件耗时2h ,该厂每天最多可从配件厂获得16个A 配件和12个B 配件,按每天工作8h 计算,该厂所有可能的日生产安排是多少?【设计意图】检测题主要考查学生对本节课重点知识的掌握情况,检查学生能否运用所学知识解决问题的能力;拓展作业的设置是为了教会学生怎样利用资料进行数学学习,同时让学生了解网络是自主学习和拓展知识面的一个重要平台,这是本节内容的一个提高与拓展.六、反思提升1. 让学生参与教学的全过程,成为课堂教学的主体和学习的主人,而教师时刻关注学生的活动过程,不时给予引导,及时纠偏的做法是明显的亮点.2.本节课的不足之处是由于整堂课课堂运算量较大,画图用时较多,后续的内容未能完成.七、板书设计。