3.3.1二元一次不等式表示平面区域2
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课题: 3.3.1二元一次不等式(组)与平面区域(2)班级: 组名: 姓名: 设计人:赵帅军 审核人:魏帅举 领导审批:一.:自主学习,明确目标 1.知识与技能:巩固二元一次不等式和二元一次不等式组所表示的平面区域;能根据实际问题中的已知条件,找出约束条件;2.过程与方法:经历把实际问题抽象为数学问题的过程,体会集合、化归、数形结合的数学思想;教学重点:理解二元一次不等式表示平面区域并能把不等式(组)所表示的平面区域画出来。
教学难点:把实际问题抽象化,用二元一次不等式(组)表示平面区域。
教学方法:经历把实际问题抽象为数学问题的过程,体会集合、化归、数形结合的数学思想二.研讨互动,问题生成二元一次不等式Ax +By +C >0在平面直角坐标系中表示直线Ax +By +C =0某一侧所有点组成的平面区域.(虚线表示区域不包括边界直线)判断方法:三.合作探究,问题解决1、画出不等式2x +y -6<0表示的平面区域.2、画出不等式组⎪⎩⎪⎨⎧≤≥+≥+-3005x y x y x 表示的平面区域。
例1 某人准备投资 1 200万兴办一所完全中学,对教育市场进行调查后,他得到了下面的数据表格(以班级为单位):例2、画出下列不等式表示的区域(1) 0)1)((≤---y x y x ; (2) x y x 2≤≤B(-52,52)C(3,-3)A(3,8)x=3x+y=0x-y+5=0063xy分析:(1)转化为等价的不等式组; (2)注意到不等式的传递性,由x x 2≤,得0≥x ,又用y -代y ,不等式仍成立,区域关于x 轴对称。
例3、利用区域求不等式组⎪⎩⎪⎨⎧<--<-+>--015530632032y x y x y x 的整数解分练习1.(1)1+>x y ; (2).y x >; (3).y x >2.画出不等式组⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧<≤≥-≥-+5306x y y x y x 表示的平面区域4.课时小结进一步熟悉用不等式(组)的解集表示的平面区域。
1.二元一次不等式表示的平面区域(1)一般地,二元一次不等式Ax+By+C>0在平面直角坐标系中表示直线Ax+By+C=0某一侧所有点组成的平面区域.我们把直线画成虚线以表示区域不包括边界直线.当我们在坐标系中画不等式Ax+By+C≥0所表示的平面区域时,此区域应包括边界直线,则把边界直线画成实线.(2)由于对直线Ax+By+C=0同一侧的所有点(x,y),把它的坐标(x,y)代入Ax+By+C,所得的符号都相同,所以只需在此直线的同一侧取一个特殊点(x0,y0)作为测试点,由Ax0+By0+C的符号即可判断Ax+By+C>0表示的直线是Ax+By+C=0哪一侧的平面区域.2.线性规划相关概念名称意义约束条件由变量x,y组成的一次不等式线性约束条件由x,y的一次不等式(或方程)组成的不等式组目标函数欲求最大值或最小值的函数线性目标函数关于x,y的一次解析式可行解满足线性约束条件的解可行域所有可行解组成的集合最优解使目标函数取得最大值或最小值的可行解线性规划问题在线性约束条件下求线性目标函数的最大值或最小值问题3.(1)画二元一次不等式表示的平面区域的直线定界,特殊点定域:①直线定界:不等式中无等号时直线画成虚线,有等号时直线画成实线;②特殊点定域:若直线不过原点,特殊点常选原点;若直线过原点,则特殊点常选取(0,1)或(1,0)来验证.(2)利用“同号上,异号下”判断二元一次不等式表示的平面区域: 对于Ax +By +C >0或Ax +By +C <0,则有①当B (Ax +By +C )>0时,区域为直线Ax +By +C =0的上方; ②当B (Ax +By +C )<0时,区域为直线Ax +By +C =0的下方. (3)最优解和可行解的关系:最优解必定是可行解,但可行解不一定是最优解.最优解不一定唯一,有时唯一,有时有多个. 【思考辨析】判断下面结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)(1)不等式Ax +By +C >0表示的平面区域一定在直线Ax +By +C =0的上方.( × ) (2)线性目标函数的最优解可能是不唯一的.( √ )(3)目标函数z =ax +by (b ≠0)中,z 的几何意义是直线ax +by -z =0在y 轴上的截距.( × ) (4)不等式x 2-y 2<0表示的平面区域是一、三象限角的平分线和二、四象限角的平分线围成的含有y 轴的两块区域.( √ )1.如图阴影部分表示的区域可用二元一次不等式组表示为________.答案 ⎩⎪⎨⎪⎧x +y -1≥0,x -2y +2≥0解析 两直线方程分别为x -2y +2=0与x +y -1=0. 由(0,0)点在直线x -2y +2=0右下方可知x -2y +2≥0, 又(0,0)点在直线x +y -1=0左下方可知x +y -1≥0,即⎩⎪⎨⎪⎧x +y -1≥0,x -2y +2≥0为所表示的可行域. 2.(教材改编)不等式组⎩⎪⎨⎪⎧x -3y +6<0,x -y +2≥0表示的平面区域是________.答案 ③解析 用特殊点代入,比如(0,0),容易判断为③. 3.若实数x ,y 满足不等式组⎩⎪⎨⎪⎧x -y ≥-1,x +y ≥1,3x -y ≤3,则该约束条件所围成的平面区域的面积是________. 答案 2解析 因为直线x -y =-1与x +y =1互相垂直, 所以如图所示的可行域为直角三角形,易得A (0,1),B (1,0),C (2,3),故AB =2,AC =22, 其面积为12×AB ×AC =2.4.(2015·北京改编)若x ,y 满足⎩⎪⎨⎪⎧x -y ≤0,x +y ≤1,x ≥0,则z =x +2y 的最大值为________.答案 2解析 可行域如图所示.目标函数化为y =-12x +12z ,当直线y =-12x +12z 过点A (0,1)时,z 取得最大值2.5.(教材改编)投资生产A 产品时,每生产100吨需要资金200万元,需场地200平方米;投资生产B 产品时,每生产100吨需要资金300万元,需场地100平方米.现某单位可使用资金1 400万元,场地900平方米,则上述要求可用不等式组表示为__________________(用x ,y 分别表示生产A ,B 产品的吨数,x 和y 的单位是百吨).答案 ⎩⎪⎨⎪⎧200x +300y ≤1 400,200x +100y ≤900,x ≥0,y ≥0解析 用表格列出各数据A B 总数 产品吨数 x y 资金 200x 300y 1 400 场地200x100y900所以不难看出,x ≥0,y ≥0,200x +300y ≤1 400,200x +100y ≤900.题型一 二元一次不等式(组)表示的平面区域命题点1 不含参数的平面区域问题例1 (1)不等式(x -2y +1)(x +y -3)≤0在坐标平面内表示的区域(用阴影部分表示),应是下列图形中的________.(2)不等式组⎩⎪⎨⎪⎧x ≥0,x +3y ≥4,3x +y ≤4所表示的平面区域的面积等于________.答案 (1)③ (2)43解析 (1)(x -2y +1)(x +y -3)≤0⇒⎩⎪⎨⎪⎧x -2y +1≥0,x +y -3≤0,或⎩⎪⎨⎪⎧x -2y +1≤0,x +y -3≥0.画出平面区域后,只有③符合题意.(2)由题意得不等式组表示的平面区域如图阴影部分,A (0,43),B (1,1),C (0,4),则△ABC 的面积为12×1×83=43.命题点2 含参数的平面区域问题 例2 若不等式组⎩⎪⎨⎪⎧x ≥0,x +3y ≥4,3x +y ≤4所表示的平面区域被直线y =kx +43分为面积相等的两部分,则k 的值是____________________________________________________________. 答案 73解析 不等式组表示的平面区域如图所示.由于直线y =kx +43过定点⎝⎛⎭⎫0,43.因此只有直线过AB 中点时,直线y =kx +43能平分平面区域.因为A (1,1),B (0,4),所以AB 中点D ⎝⎛⎭⎫12,52. 当y =kx +43过点⎝⎛⎭⎫12,52时,52=k 2+43, 所以k =73.思维升华 (1)求平面区域的面积:①首先画出不等式组表示的平面区域,若不能直接画出,应利用题目的已知条件转化为不等式组问题,从而再作出平面区域;②对平面区域进行分析,若为三角形应确定底与高,若为规则的四边形(如平行四边形或梯形),可利用面积公式直接求解,若为不规则四边形,可分割成几个三角形分别求解再求和即可.(2)利用几何意义求解的平面区域问题,也应作出平面图形,利用数形结合的方法去求解.(1)不等式组⎩⎪⎨⎪⎧x ≥0,x +y ≤3,y ≥x +1表示的平面区域为Ω,直线y =kx -1与区域Ω有公共点,则实数k 的取值范围为________. (2)已知约束条件⎩⎪⎨⎪⎧x ≥1,x +y -4≤0,kx -y ≤0表示面积为1的直角三角形区域,则实数k 的值为________.答案 (1)[3,+∞) (2)1解析 (1)直线y =kx -1过定点M (0,-1),由图可知,当直线y =kx -1经过直线y =x +1与直线x +y =3的交点C (1,2)时,k 最小,此时k CM =2-(-1)1-0=3,因此k ≥3,即k ∈[3,+∞).(2)由于x =1与x +y -4=0不可能垂直,所以只有可能x +y -4=0与kx -y =0垂直或x =1与kx -y =0垂直.①当x +y -4=0与kx -y =0垂直时,k =1,检验知三角形区域面积为1,即符合要求. ②当x =1与kx -y =0垂直时,k =0,检验不符合要求.题型二 求目标函数的最值问题命题点1 求线性目标函数的最值例3 (2014·广东)若变量x ,y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪⎧y ≤x ,x +y ≤1,y ≥-1,且z =2x +y 的最大值和最小值分别为m 和n ,则m -n =________. 答案 6解析 画出可行域,如图阴影部分所示. 由z =2x +y ,得y =-2x +z .由⎩⎪⎨⎪⎧ y =x ,y =-1,得⎩⎪⎨⎪⎧x =-1,y =-1,∴A (-1,-1).由⎩⎪⎨⎪⎧ x +y =1,y =-1,得⎩⎪⎨⎪⎧x =2,y =-1,∴B (2,-1).当直线y =-2x +z 经过点A 时,z min =2×(-1)-1=-3=n .当直线y =-2x +z 经过点B 时,z max =2×2-1=3=m ,故m -n =6. 命题点2 求非线性目标函数的最值 例4 实数x ,y 满足⎩⎪⎨⎪⎧x -y +1≤0,x >0,y ≤2.(1)若z =yx ,求z 的最大值和最小值,并求z 的取值范围;(2)若z =x 2+y 2,求z 的最大值与最小值,并求z 的取值范围. 解 由⎩⎪⎨⎪⎧x -y +1≤0,x >0,y ≤2,作出可行域,如图中阴影部分所示.(1)z =yx表示可行域内任一点与坐标原点连线的斜率,因此yx的范围为直线OB 的斜率到直线OA 的斜率(直线OA 的斜率不存在,即z max 不存在).由⎩⎪⎨⎪⎧x -y +1=0,y =2,得B (1,2), ∴k OB =21=2,即z min =2,∴z 的取值范围是[2,+∞).(2)z =x 2+y 2表示可行域内的任意一点与坐标原点之间距离的平方. 因此x 2+y 2的值最小为OA 2(取不到),最大值为OB 2.由⎩⎪⎨⎪⎧x -y +1=0,x =0,得A (0,1), ∴OA 2=(02+12)2=1,OB 2=(12+22)2=5,∴z 的取值范围是(1,5]. 引申探究1.若z =y -1x -1,求z 的取值范围.解 z =y -1x -1可以看作过点P (1,1)及(x ,y )两点的直线的斜率.∴z 的取值范围是(-∞,0).2.若z =x 2+y 2-2x -2y +3.求z 的最大值、最小值. 解 z =x 2+y 2-2x -2y +3 =(x -1)2+(y -1)2+1,而(x -1)2+(y -1)2表示点P (1,1)与Q (x ,y )的距离的平方,(PQ 2)max =(0-1)2+(2-1)2=2, (PQ 2)min =(|1-1+1|12+(-1)2)2=12,∴z max =2+1=3,z min =12+1=32.命题点3 求线性规划的参数例5 已知a >0,x ,y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪⎧x ≥1,x +y ≤3,y ≥a (x -3),若z =2x +y 的最小值为1,则a =________.答案 12解析 作出不等式组表示的可行域,如图(阴影部分).易知直线z =2x +y 过交点A 时,z 取最小值,由⎩⎪⎨⎪⎧x =1,y =a (x -3), 得⎩⎪⎨⎪⎧x =1,y =-2a , ∴z min =2-2a =1,解得a =12.思维升华 (1)先准确作出可行域,再借助目标函数的几何意义求目标函数的最值. (2)当目标函数是非线性的函数时,常利用目标函数的几何意义来解题,常见代数式的几何意义有: ①x 2+y 2表示点(x ,y )与原点(0,0)的距离,(x -a )2+(y -b )2表示点(x ,y )与点(a ,b )的距离;②yx 表示点(x ,y )与原点(0,0)连线的斜率,y -b x -a 表示点(x ,y )与点(a ,b )连线的斜率. (3)当目标函数中含有参数时,要根据临界位置确定参数所满足条件.(1)(2015·无锡一模)在直角坐标平面内,不等式组⎩⎪⎨⎪⎧y ≤x +1,y ≥0,0≤x ≤t所表示的平面区域的面积为32,则t 的值为________.(2)(2014·安徽改编)x ,y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪⎧x +y -2≤0,x -2y -2≤0,2x -y +2≥0.若z =y -ax 取得最大值的最优解不唯一,则实数a 的值为________. 答案 (1)1 (2)2或-1 解析 (1)不等式组⎩⎨⎧y ≤x +1,y ≥0,0≤x ≤t所表示的平面区域如图中阴影部分所示.由⎩⎪⎨⎪⎧y =x +1,x =t ,解得交点B (t ,t +1),在y =x +1中,令x =0得y =1,即直线y =x +1与y 轴的交点为C (0,1),由平面区域的面积S =(1+t +1)×t 2=32,得t 2+2t -3=0,解得t =1或t =-3(不合题意,舍去).(2)如图,由y =ax +z 知z 的几何意义是直线在y 轴上的截距,故当a >0时,要使z =y -ax 取得最大值的最优解不唯一,则a =2; 当a <0时,要使z =y -ax 取得最大值的最优解不唯一,则a =-1.题型三 线性规划的实际应用例6 某客运公司用A 、B 两种型号的车辆承担甲、乙两地间的长途客运业务,每车每天往返一次.A 、B 两种车辆的载客量分别为36人和60人,从甲地去乙地的营运成本分别为1 600元/辆和2 400元/辆,公司拟组建一个不超过21辆车的客运车队,并要求B 型车不多于A 型车7辆.若每天运送人数不少于900,且使公司从甲地去乙地的营运成本最小,那么应配备A 型车、B 型车各多少辆?解 设A 型、B 型车辆分别为x 、y 辆,相应营运成本为z 元,则z =1 600x +2 400y .由题意,得x ,y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪⎧x +y ≤21,y ≤x +7,36x +60y ≥900,x ,y ≥0,x ,y ∈N .作可行域如图所示,可行域的三个顶点坐标分别为P (5,12),Q (7,14),R (15,6).由图可知,当直线z =1 600x +2 400y 经过可行域的点P 时,直线z =1 600x +2 400y 在y 轴上的截距z2 400最小,即z 取得最小值.故应配备A 型车5辆、B 型车12辆,可以满足公司从甲地去乙地的营运成本最小. 思维升华 解线性规划应用问题的一般步骤: (1)分析题意,设出未知量; (2)列出线性约束条件和目标函数; (3)作出可行域并利用数形结合求解; (4)作答.(2015·陕西改编)某企业生产甲、乙两种产品均需用A ,B 两种原料,已知生产1吨每种产品所需原料及每天原料的可用限额如表所示,如果生产1吨甲、乙产品可获利润分别为3万元、4万元,则该企业每天可获得最大利润为________万元.甲 乙 原料限额 A (吨) 3 2 12 B (吨)128答案 18解析 设每天甲、乙的产量分别为x 吨,y 吨,由已知可得⎩⎪⎨⎪⎧3x +2y ≤12,x +2y ≤8,x ≥0,y ≥0,目标函数z =3x +4y ,线性约束条件表示的可行域如图阴影部分所示:可得目标函数在点A 处取到最大值.由⎩⎪⎨⎪⎧x +2y =8,3x +2y =12,得A (2,3). 则z max =3×2+4×3=18(万元).8.含参数的线性规划问题的易错点典例 已知实数x ,y 满足⎩⎪⎨⎪⎧y ≥1,y ≤2x -1,x +y ≤m ,如果目标函数z =x -y 的最小值为-1,则实数m =________.易错分析 题目给出的区域边界“两静一动”,可先画出已知边界表示的区域,分析动直线的位置时容易出错,没有抓住直线x +y =m 和直线y =-x 平行这个特点;另外在寻找最优点时也容易找错区域的顶点.解析 显然,当m <2时,不等式组表示的平面区域是空集;当m =2时,不等式组表示的平面区域只包含一个点A (1,1).此时z min =1-1=0≠-1. 显然都不符合题意.故必有m >2,此时不等式组⎩⎪⎨⎪⎧y ≥1,y ≤2x -1,x +y ≤m所表示的平面区域如图所示,平面区域为一个三角形区域,其顶点为A (1,1),B (m -1,1),C (m +13,2m -13).由图可知,当直线y =x -z 经过点C 时,z 取得最小值, 最小值为m +13-2m -13=2-m3.由题意,得2-m3=-1,解得m =5.答案 5温馨提醒 (1)当约束条件含有参数时,要注意根据题目条件,画出符合条件的可行域.本题因含有变化的参数,可能导致可行域画不出来. (2)应注意直线y =x -z 经过的特殊点.[方法与技巧]1.平面区域的画法:线定界、点定域(注意实虚线).2.求最值:求二元一次函数z =ax +by (ab ≠0)的最值,将函数z =ax +by 转化为直线的斜截式:y =-a b x +z b ,通过求直线的截距zb 的最值间接求出z 的最值.最优解在顶点或边界取得.3.解线性规划应用题,可先找出各变量之间的关系,最好列成表格,然后用字母表示变量,列出线性约束条件;写出要研究的函数,转化成线性规划问题.4.利用线性规划的思想结合代数式的几何意义可以解决一些非线性规划问题. [失误与防范]1.画出平面区域.避免失误的重要方法就是首先使二元一次不等式标准化.2.在通过求直线的截距z b 的最值间接求出z 的最值时,要注意:当b >0时,截距zb 取最大值时,z 也取最大值;截距z b 取最小值时,z 也取最小值;当b <0时,截距zb 取最大值时,z 取最小值;截距zb 取最小值时,z 取最大值.A 组 专项基础训练(时间:30分钟)1.直线2x +y -10=0与不等式组⎩⎪⎨⎪⎧x ≥0,y ≥0,x -y ≥-2,4x +3y ≤20表示的平面区域的公共点有________个.答案 1解析 由不等式组画出平面区域如图(阴影部分).直线2x +y -10=0恰过点A (5,0),且其斜率k =-2<k AB =-43,即直线2x +y -10=0与平面区域仅有一个公共点A (5,0).2.若点(m,1)在不等式2x +3y -5>0所表示的平面区域内,则m 的取值范围是________. 答案 m >1解析 由2m +3-5>0,得m >1.3.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________.答案 3解析 由线性约束条件画出可行域(如图所示).由z =x +2y ,得y =-12x +12z ,12z 的几何意义是直线y =-12x +12z 在y 轴上的截距,要使z 最小,需使12z 最小,易知当直线y =-12x +12z 过点A (1,1)时,z 最小,最小值为3.4.若不等式组⎩⎪⎨⎪⎧x -y ≥0,2x +y ≤2,y ≥0,x +y ≤a ,表示的平面区域是一个三角形,则a 的取值范围是______________. 答案 (0,1]∪⎣⎡⎭⎫43,+∞ 解析 不等式组⎩⎨⎧x -y ≥0,2x +y ≤2,y ≥0表示的平面区域如图(阴影部分),求得A ,B 两点的坐标分别为⎝⎛⎭⎫23,23和(1,0),若原不等式组表示的平面区域是一个三角形,则a 取值范围是0<a ≤1或a ≥43.5.某公司生产甲、乙两种桶装产品.已知生产甲产品1桶需耗A 原料1千克、B 原料2千克;生产乙产品1桶需耗A 原料2千克、B 原料1千克.每桶甲产品的利润是300元,每桶乙产品的利润是400元.公司在生产这两种产品的计划中,要求每天消耗A 、B 原料都不超过12千克.通过合理安排生产计划,从每天生产的甲、乙两种产品中,公司共可获得的最大利润是________元. 答案 2 800解析 设每天生产甲种产品x 桶,乙种产品y 桶,则根据题意得x 、y 的约束条件为⎩⎪⎨⎪⎧x ≥0,x ∈N ,y ≥0,y ∈N ,x +2y ≤12,2x +y ≤12.设获利z 元, 则z =300x +400y . 画出可行域如图.画直线l :300x +400y =0, 即3x +4y =0.平移直线l ,从图中可知,当直线过点M 时, 目标函数取得最大值.由⎩⎪⎨⎪⎧ x +2y =12,2x +y =12,解得⎩⎪⎨⎪⎧x =4,y =4,即M 的坐标为(4,4),∴z max =300×4+400×4=2 800(元).6.若函数y =2x 图象上存在点(x ,y )满足约束条件⎩⎪⎨⎪⎧x +y -3≤0,x -2y -3≤0,x ≥m ,则实数m 的最大值为________. 答案 1解析 在同一直角坐标系中作出函数y =2x的图象及⎩⎪⎨⎪⎧x +y -3≤0,x -2y -3≤0所表示的平面区域,如图阴影部分所示.由图可知,当m ≤1时,函数y =2x 的图象上存在点(x ,y )满足约束条件,故m 的最大值为1.7.(2015·枣庄模拟)已知实数x ,y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪⎧x >0,4x +3y ≤4,y ≥0,则ω=y +1x的最小值是________. 答案 1解析 作出不等式组对应的平面区域如图,ω=y +1x 的几何意义是区域内的点P (x ,y )与定点A (0,-1)所在直线的斜率,由图象可知当P 位于点D (1,0)时,直线AP 的斜率最小,此时ω=y +1x 的最小值为-1-00-1=1.8.已知实数x ,y 满足⎩⎪⎨⎪⎧x -2y +1≥0,x <2,x +y -1≥0,则z =2x -2y -1的取值范围是__________.答案 [-53,5)解析 画出不等式组所表示的区域,如图中阴影部分所示,可知2×13-2×23-1≤z <2×2-2×(-1)-1,即z 的取值范围是[-53,5).9.铁矿石A 和B 的含铁率a ,冶炼每万吨铁矿石的CO 2的排放量b 及每万吨铁矿石的价格c 如表:a b (万吨) c (百万元)A 50% 1 3 B70%0.56某冶炼厂至少要生产1.9(万吨)铁,若要求CO 2的排放量不超过2(万吨),则购买铁矿石的最少费用为________(百万元). 答案 15解析 设购买铁矿石A 、B 分别为x 万吨,y 万吨,购买铁矿石的费用为z (百万元),则⎩⎪⎨⎪⎧0.5x +0.7y ≥1.9,x +0.5y ≤2,x ≥0,y ≥0.目标函数z =3x +6y ,由⎩⎪⎨⎪⎧0.5x +0.7y =1.9,x +0.5y =2,得⎩⎪⎨⎪⎧x =1,y =2.记P (1,2), 画出可行域可知,当目标函数z =3x +6y 过点P (1,2)时,z 取到最小值15. 10.设实数x ,y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪⎧3x -y -6≤0,x -y +2≥0,x ≥0,y ≥0,若目标函数z =ax +by (a >0,b >0)的最大值为10,则a 2+b 2的最小值为________. 答案2513解析 因为a >0,b >0, 所以由可行域得,如图,当目标函数过点(4,6)时z 取最大值,∴4a +6b =10.a 2+b 2的几何意义是直线4a +6b =10上任意一点到点(0,0)的距离的平方,那么其最小值是点(0,0)到直线4a +6b =10距离的平方,则a 2+b 2的最小值是2513.B 组 专项能力提升(时间:20分钟)11.已知变量x ,y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪⎧x +2y ≥1,x -y ≤1,y -1≤0,若z =x -2y 的最大值与最小值分别为a ,b ,且方程x 2-kx +1=0在区间(b ,a )上有两个不同实数解,则实数k 的取值范围是__________. 答案 (-103,-2)解析 作出可行域,如图所示,则目标函数z =x -2y 在点(1,0)处取得最大值1,在点(-1,1)处取得最小值-3, ∴a =1,b =-3,从而可知方程x 2-kx +1=0在区间(-3,1)上有两个不同实数解. 令f (x )=x 2-kx +1,则⎩⎪⎨⎪⎧f (-3)>0,f (1)>0,-3<k2<1,Δ=k 2-4>0⇒-103<k <-2.12.在平面直角坐标系中,点P 是由不等式组⎩⎪⎨⎪⎧x ≥0,y ≥0,x +y ≥1所确定的平面区域内的动点,Q 是直线2x +y =0上任意一点,O 为坐标原点,则|OP →+OQ →|的最小值为________. 答案55解析 在直线2x +y =0上取一点Q ′,使得Q ′O →=OQ →, 则|OP →+OQ →|=|OP →+Q ′O →| =|Q ′P →|≥|P ′P →|≥|BA →|,其中P ′,B 分别为点P ,A 在直线2x +y =0上的投影,如图.因为|AB →|=|0+1|12+22=55,因此|OP →+OQ →|min =55.13.设平面点集A ={(x ,y )|(y -x )·(y -1x )≥0},B ={(x ,y )|(x -1)2+(y -1)2≤1},则A ∩B 所表示的平面图形的面积为________. 答案 π2解析 平面点集A 表示的平面区域就是不等式组⎩⎪⎨⎪⎧ y -x ≥0,y -1x ≥0与⎩⎪⎨⎪⎧y -x ≤0,y -1x≤0表示的两块平面区域,而平面点集B 表示的平面区域为以点(1,1)为圆心, 以1为半径的圆及圆的内部, 作出它们表示的平面区域如图所示,图中的阴影部分就是A ∩B 所表示的平面图形. 由于圆和曲线y =1x 关于直线y =x 对称,因此,阴影部分所表示的图形面积为圆面积的12,即为π2.14.已知圆C :(x -a )2+(y -b )2=1,平面区域Ω:⎩⎪⎨⎪⎧ x +y -7≤0,x -y +3≥0,y ≥0.若圆心C ∈Ω,且圆C与x 轴相切,则a 2+b 2的最大值为________.答案 37解析 由已知得平面区域Ω为△MNP 内部及边界.∵圆C 与x 轴相切,∴b =1. 显然当圆心C 位于直线y =1与x +y -7=0的交点(6,1)处时,a max =6.∴a 2+b 2的最大值为62+12=37.15.已知变量x ,y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪⎧ x +2y -3≤0,x +3y -3≥0,y -1≤0,若目标函数z =ax +y (其中a >0)仅在点(3,0)处取得最大值,则a 的取值范围是__________.答案 ⎝⎛⎭⎫12,+∞解析 画出x 、y 满足约束条件的可行域如图所示,要使目标函数z =ax +y 仅在点(3,0)处取得最大值,则直线y =-ax +z 的斜率应小于直线x +2y -3=0的斜率,即-a <-12,∴a >12.16.给定区域D :⎩⎪⎨⎪⎧ x +4y ≥4,x +y ≤4,x ≥0,令点集T ={(x 0,y 0)∈D |x 0,y 0∈Z ,(x 0,y 0)是z =x +y 在D上取得最大值或最小值的点},则T 中的点共确定________条不同的直线.答案 6解析 作出图形可知,△ABF 所围成的区域即为区域D ,其中A (0,1)是z 在D 上取得最小值的点,B ,C ,D ,E ,F 是z 在D 上取得最大值的点,则T 中的点共确定AB ,AC ,AD ,AE ,AF ,BF 共6条不同的直线.。
课题:§3.3.1二元一次不等式(组)与平面区域第1课时授课类型:新授课 【教学目标】1.知识与技能:了解二元一次不等式的几何意义,会用二元一次不等式组表示平面区域; 2.过程与方法:经历从实际情境中抽象出二元一次不等式组的过程,提高数学建模的能力; 3.情态与价值:通过本节课的学习,体会数学来源与生活,提高数学学习兴趣 【教学重点】用二元一次不等式(组)表示平面区域; 【教学难点】【教学过程】1.课题导入1.从实际问题中抽象出二元一次不等式(组)的数学模型 课本第91页的“银行信贷资金分配问题”教师引导学生思考、探究,让学生经历建立线性规划模型的过程。
在获得探究体验的基础上,通过交流形成共识:2.讲授新课1.建立二元一次不等式模型 把实际问题 转化 数学问题:设用于企业贷款的资金为x 元,用于个人贷款的资金为y 元。
(把文字语言 转化 符号语言)(资金总数为25 000 000元)⇒25000000x y +≤ (1) (预计企业贷款创收12%,个人贷款创收10%,共创收30 000元以上)⇒(12%)x +(10%)y 3≥ 即12103000000x y +≥ (2)(用于企业和个人贷款的资金数额都不能是负值)⇒0,0x y ≥≥ (3) 将(1)(2)(3)合在一起,得到分配资金应满足的条件:25000000121030000000,0x y x y x y +≤⎧⎪+≥⎨⎪≥≥⎩2.二元一次不等式和二元一次不等式组的定义(1)二元一次不等式:含有两个未知数,并且未知数的最高次数是1的不等式叫做二元一次不等式。
(2)二元一次不等式组:有几个二元一次不等式组成的不等式组称为二元一次不等式组。
(3)二元一次不等式(组)的解集:满足二元一次不等式(组)的x 和y 的取值构成有序实数对(x,y ),所有这样的有序实数对(x,y )构成的集合称为二元一次不等式(组)的解集。
(4)二元一次不等式(组)的解集与平面直角坐标系内的点之间的关系:二元一次不等式(组)的解集是有序实数对,而点的坐标也是有序实数对,因此,有序实数对就可以看成是平面内点的坐标,进而,二元一次不等式(组)的解集就可以看成是直角坐标系内的点构成的集合。
§3.3二元一次不等式(组)与简单的线性规划问题3.3.1二元一次不等式(组)与平面区域学习目标 1.了解二元一次不等式(组)表示的平面区域;2.会画出二元一次不等式(组)表示的平面区域(重、难点).预习教材P82-85完成下列问题:知识点一二元一次不等式(组)表示平面区域1.二元一次不等式(组)的概念含有两个未知数,并且未知数的次数是1的不等式叫做二元一次不等式.由几个二元一次不等式组成的不等式组称为二元一次不等式组.2.二元一次不等式与平面区域在平面直角坐标系中,二元一次不等式Ax+By+C>0(<0)表示直线Ax+By+C =0某一侧所有点组成的平面区域,把直线画成虚线以表示区域不包括边界.不等式Ax+By+C≥0(≤0)表示的平面区域包括边界,把边界画成实线.【预习评价】1.二元一次不等式的一般形式是什么?提示二元一次不等式的一般形式是Ax+By+C>0,Ax+By+C<0,Ax+By +C≥0,Ax+By+C≤0,其中A,B不同时为0.2.每一个二元一次不等式(组)都能表示平面上的一个区域吗?提示不一定.当不等式组的解集为空集时,不等式组不表示任何图形.知识点二二元一次不等式表示的平面区域的确定平面区域的确定依据直线Ax+By+C=0同一侧的所有点,把它们的坐标(x,y)代入Ax+By+C所得符号都相同方法在直线Ax+By+C=0的一侧取某个特殊点(x0,y0)作为测试点,由Ax0+By0+C的符号可以断定Ax+By+C>0表示的是直线Ax+By+C=0哪一侧的平面区域【预习评价】1.原点与点(-1,10)在直线x+y-1=0的________(填“同侧”或“两侧”).解析将点(0,0)和(-1,10)代入到x+y-1中符号相反.答案两侧2.已知点A(2,1),B(1,0),C(-1,0),则不等式x-2y<0表示的平面区域内的点是________.解析由于-1-2×0=-1<0,故符合.而2-2×1=0,1-2×0>0.所以符合的为点C.答案C题型一二元一次不等式与平面区域【例1】(1)如图所示的平面区域(阴影部分)用不等式表示为________.(2)画出不等式2x+y-4>0表示的平面区域.解(1)由截距式得直线方程为x2+y1=1,即x+2y-2=0.因为0+2×0-2<0,且原点在阴影部分中,故阴影部分可用不等式x+2y-2<0表示.(2)先画直线2x+y-4=0(画成虚线).取原点(0,0)代入,得2x+y-4=2×0+0-4=-4<0,所以不等式2x+y-4>0表示的区域是直线2x+y-4=0右上方的平面区域,如图中的阴影部分所示.规律方法 1.已知平面区域求不等式的步骤(1)利用已知平面区域边界上点的坐标求出直线方程.(2)将平面区域内的特殊点代入直线方程两侧,判断不等号的方向.(3)结合平面区域的边界虚实写出相应的不等式.2.二元一次不等式表示平面区域的判断方法(1)对于Ax+By+C>0(或<0)表示的平面区域,直线Ax+By+C=0,其中A>0可以这样来确定:所表示区域位置不等式B>0B<0Ax+By+C>0在直线右上方在直线右下方Ax+By+C<0在直线左下方在直线左上方①当A<0时,可通过不等式两边乘以-1的方法转化成上述情况.②当A或B为0时,可通过不等式直接确定.(2)对于区域的确定要灵活,如果给定点P(x0,y0)和直线Ax+By+C=0(B≠0),判断点P在直线哪一侧时,设d=B·(Ax0+By0+C),则①d>0⇔P在直线上方;②d=0⇔P在直线上;③d<0⇔P在直线下方.【训练1】 不等式组⎩⎨⎧x -y ≤0,x +y ≤0表示的平面区域是( )解析 取特殊点坐标(如:(0,-1),(-1,0)等)代入不等式组⎩⎪⎨⎪⎧x -y ≤0,x +y ≤0,检验可得C 符合. 答案 C题型二 不等式组表示平面区域的应用【例2】(1)画出不等式组⎩⎨⎧x +2y -1≥0,2x +y -5≤0,y ≤x +2所表示的平面区域,并求其面积;(2)求不等式组⎩⎨⎧y ≤2,|x |≤y ≤|x |+1所表示的平面区域的面积大小.解 如图所示,其中的阴影部分便是不等式组所表示的平面区域.由⎩⎪⎨⎪⎧x -y +2=0,2x +y -5=0,得A (1,3). 同理得B (-1,1),C (3,-1). ∴|AC |=22+(-4)2=25,而点B 到直线2x +y -5=0的距离为 d =|-2+1-5|5=65,∴S △ABC =12|AC |·d =12×25×65=6.(2)可将原不等式组分解成如下两个不等式组: ①⎩⎪⎨⎪⎧x ≥0,y ≥x ,y ≤x +1,y ≤2,或②⎩⎪⎨⎪⎧x ≤0,y ≥-x ,y ≤-x +1,y ≤2.上述两个不等式组所表示的平面区域如图所示,所围成的面积S =12×4×2-12×2×1=3.规律方法 求平面区域面积的方法求平面区域的面积,先画出不等式组表示的平面区域,然后根据区域的形状求面积.(1)若画出的平面区域是规则的,则直接利用面积公式求解.(2)若平面区域是不规则的,可采用分割的方法,将平面区域分成几个规则图形求解.【训练2】 在平面直角坐标系中,不等式组⎩⎨⎧y ≥0,x +3y ≤4,3x +y ≥4表示的平面区域的面积是( ) A.32 B.23 C.43D.34解析 不等式组表示的平面区域如图阴影部分所示.平面区域为一个三角形及其内部,三个顶点的坐标分别为(4,0),⎝ ⎛⎭⎪⎫43,0,(1,1),所以平面区域的面积为S =12×⎝ ⎛⎭⎪⎫4-43×1=43.答案 C题型三 用二元一次不等式组表示实际问题【例3】 投资生产A 产品时,每生产100吨需要资金200万元,需场地200平方米;投资生产B 产品时,每生产100吨需要资金300万元,需场地100平方米.现某单位可使用资金1 400万元,场地900平方米,用数学关系式和图形表示上述要求.解 设生产A 产品x 百吨,生产B 产品y 百吨,则⎩⎪⎨⎪⎧2x +3y ≤14,2x +y ≤9,x ≥0,y ≥0.用图形表示以上限制条件,得其表示的平面区域如图所示(阴影部分). 规律方法 用平面区域来表示实际问题的基本方法(1)根据问题的需要选取两个起关键作用的关联较多的量,用字母表示. (2)把问题中有关的量用这两个字母表示.(3)把实际问题中有关的限制条件用不等式表示出来. (4)把这些不等式所组成的不等式组用平面区域表示出来.【训练3】 某人准备投资1 200万元兴办一所中学,他对教育市场进行调查后,得到了下面的数据表格(以班级为单位): 学段 班级学生人数配备教师数硬件建设/万元教师年薪/万元初中 45 2 26/班 2/人 高中40354/班2/人因生源和环境等条件限制,办学规模以20至30个班为宜.分别用数学关系式和图形表示上述的限制条件.解 设开设初中班x 个,开设高中班y 个,根据题意,总共招生班数限制在20~30之间,所以有20≤x +y ≤30,考虑到所投资金的限制,得到26x +54y +2×2x +2×3y ≤1 200,即x +2y ≤40, 另外,开设的班数不能为负且为整数,则x ≥0,y ≥0,x ,y ∈Z . 把上面的四个不等式合在一起,得到⎩⎪⎨⎪⎧20≤x +y ≤30,x +2y ≤40,x ≥0,y ≥0,x ,y ∈Z .用图形表示这个限制条件,得到如图的平面区域(阴影部分中x ,y 为整数点).课堂达标1.不在不等式3x +2y <6表示的平面区域内的一个点是( ) A.(0,0) B.(1,1) C.(0,2)D.(2,0)解析 将四个点的坐标分别代入不等式中,其中点(2,0)代入后不等式不成立,故此点不在不等式3x +2y <6表示的平面区域内,故选D. 答案 D2.如图所示,表示阴影部分的二元一次不等式组是()A.⎩⎨⎧y ≥-2,3x -2y +6>0,x <0B.⎩⎨⎧y ≥-2,3x -2y +6≥0,x ≤0C.⎩⎨⎧y >-2,3x -2y +6>0,x ≤0D.⎩⎨⎧y >-2,3x -2y +6<0,x <0解析 观察图象可知,阴影部分在直线y =-2上方,且不包含直线y =-2,故可得不等式y >-2.又阴影部分在直线x =0左边,且包含直线x =0,故可得不等式x ≤0.由图象可知,第三条边界线过点(-2,0)、(0,3), 故可得直线3x -2y +6=0,因为此直线为虚线且原点O (0,0)在阴影部分, 故可得不等式3x -2y +6>0.观察选项可知选C. 答案 C3.完成一项装修工程需要木工和瓦工共同完成.请木工需付工资每人50元,请瓦工需付工资每人40元,现有工人工资预算2 000元,设木工x 人,瓦工y 人,满足工人工资预算条件的数学关系式为________.答案⎩⎨⎧50x +40y ≤2 000,x ∈N *,y ∈N *4.画出二元一次不等式组⎩⎨⎧x +y ≤1,x ≥0,y ≥0表示的平面区域,则这个平面区域的面积为________.解析 平面区域如图阴影部分(含边界)所示. S 阴=12×1×1=12. 答案 12课堂小结1.对于任意的二元一次不等式Ax +By +C >0(或<0),无论B 为正值还是负值,我们都可以把y 项的系数变形为正数,当B >0时, (1)Ax +By +C >0表示直线Ax +By +C =0上方的区域; (2)Ax +By +C <0表示直线Ax +By +C =0下方的区域.2.画平面区域时,注意边界线的虚实问题.基础过关1.已知点P 1(0,1),P 2(2,1),P 3(-1,2),P 4(3,3),则在4x -5y +1≤0表示的平面区域内的点的个数是( ) A.1 B.2 C.3D.4解析 经验证,P 1,P 3,P 4均在区域内. 答案 C2.若点(m ,1)和(-3,m )不在直线x +2y -1=0的同侧,则实数m 的取值范围是( ) A.(-1,2) B.(-2,1)C.[-1,2]D.(-∞,-1]∪[2,+∞)解析 记f (x ,y )=x +2y -1,则f (m ,1)·f (-3,m )≤0,即(m +1)(2m -4)≤0,解得-1≤m ≤2. 答案 C3.已知Ω={(x ,y )|x +y ≤6,x ≥0,y ≥0},A ={(x ,y )|x ≤4,y ≥0,x -2y ≥0},若向区域Ω内随机投一点P ,则点P 落入区域A 的概率为( ) A.13 B.23 C.19D.29解析 Ω={(x ,y )|x +y ≤6,x ≥0,y ≥0}表示的平面区域面积为12×62=18, A ={(x ,y )|x ≤4,y ≥0,x -2y ≥0}表示的平面区域面积为12×4×2=4,由几何概型计算公式,P =418=29.选D. 答案 D4.在坐标平面上,不等式组⎩⎨⎧y ≥2|x |-1,y ≤x +1所表示的平面区域的面积为________.解析 画出约束条件表示的可行域,如图中阴影部分,由题意M (2,3),N ⎝ ⎛⎭⎪⎫-23,13,P (0,-1),Q (0,1),不等式组⎩⎪⎨⎪⎧y ≥2|x |-1,y ≤x +1所表示的平面区域的面积为:12×2×2+12×2×23=83.答案835.若点A (1,1),B (2,-1)位于直线x +y -a =0的两侧,则a 的取值范围为________. 解析 ∵点A (1,1),B (2,-1)位于直线x +y -a =0的两侧,∴(1+1-a )(2-1-a )<0,即(2-a )(1-a )<0,则(a -1)(a -2)<0,即1<a <2. 答案 (1,2)6.某夏令营有48人,出发前要从A ,B 两种型号的帐篷中选择一种,A 型号的帐篷比B 型号少5顶,若只选A 型号的,每顶帐篷住4人,则帐篷不够,每顶帐篷住5人,则有一顶帐篷没有住满,若只选B 型号的,每顶帐篷住3人,则帐篷不够,每顶帐篷住4人,则有帐篷多余,设A 型号的帐篷有x 顶,用不等式将题目中的不等关系表示出来.解 由题意得⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧x >0,x +5>0,4x <48,0<5x -48<5,3(x +5)<48,4(x +5)>48,x ∈N *.7.画出下列不等式(组)表示的平面区域: (1)3x +2y +6>0;(2)⎩⎨⎧x ≤1,y ≥-2,x -y +1≥0.解 (1)画出满足条件的平面区域,如图所示:(2)画出满足条件的平面区域,如图所示:能力提升8.若不等式组⎩⎨⎧x -y ≥0,2x +y ≤2,y ≥0,x +y ≤a表示的平面区域是一个三角形及其内部,则a 的取值范围是( ) A.[43,+∞) B.(0,1]C.[1,43]D.(0,1]∪[43,+∞)解析 先画出不含参数的不等式表示的平面区域,如图所示,要使不等式组表示的平面区域是一个三角形及其内部,需使直线x +y =a 在点A (1,0)的下方或在点B (23,23)的上方.当直线x +y =a 过点A 时,a =1.当直线x +y =a 过点B 时,a =43.又因为直线x +y =a 必在原点O 的上方,所以0<a ≤1或a ≥43. 答案 D9.在平面直角坐标系中,若不等式组⎩⎨⎧x +y -1≥0,x -1≤0,ax -y +1≥0(a 为常数)所表示的平面区域的面积等于2,则a 的值为( ) A.-5 B.1 C.2D.3解析 由题意知,不等式组所表示的平面区域为一个三角形区域,设为△ABC ,则A (1,0),B (0,1),C (1,1+a ),且a >-1.∵S △ABC =2,∴12(1+a )×1=2,∴a =3. 答案 D10.在平面直角坐标系内,不等式组⎩⎨⎧y ≥x -1,y ≤-3|x |+1所表示的平面区域的面积为________.解析 不等式组⎩⎪⎨⎪⎧y ≥x -1,y ≤-3|x |+1表示的平面区域如图,y =x -1与y =-3|x |+1的交点为(12,-12),(-1,-2). ∴S =12×2×12+12×2×1=34×2=32. 答案 3211.若不等式组⎩⎨⎧x -y +5≥0,y ≥a ,0≤x ≤2所表示的平面区域是一个三角形,则a 的取值范围是________.解析 不等式组⎩⎪⎨⎪⎧x -y +5≥0,0≤x ≤2表示的平面区域如图中的阴影部分所示,用平行于x 轴的直线截该平面区域,若得到一个三角形,则a 的取值范围是[5,7).答案 [5,7)12.画出下列不等式表示的平面区域. (1)(x -y )(x -y -1)≤0;(2)|3x +4y -1|<5; (3)x ≤|y |≤2x .解 (1)由(x -y )(x -y -1)≤0,得⎩⎪⎨⎪⎧x -y ≥0,x -y -1≤0,解得0≤x -y ≤1;或⎩⎪⎨⎪⎧x -y ≤0,x -y -1≥0,无解.故不等式表示的平面区域如图(1)所示. (2)由|3x +4y -1|<5,得-5<3x +4y -1<5, 得不等式组⎩⎪⎨⎪⎧3x +4y -6<0,3x +4y +4>0,故不等式表示的平面区域如图(2)所示.(3)当y ≥0时,原不等式可化为⎩⎪⎨⎪⎧x ≤y ,y ≤2x ,x ≥0,点(x ,y )在第一象限内两条过原点的射线y =x (x ≥0)与y =2x (x ≥0)所表示的区域内. 当y ≤0时,由对称性作出另一半区域, 故不等式表示的平面区域如图(3)所示.13.(选做题)若直线y =kx +1与圆x 2+y 2+kx +my -4=0相交于P ,Q 两点,且P ,Q 关于直线x +y =0对称,则不等式组⎩⎨⎧kx -y +1≥0,kx -my ≤0,y ≥0表示的平面区域的面积是多少?解 P ,Q 关于直线x +y =0对称,故PQ 与直线x +y =0垂直,直线PQ 即为直线y =kx +1,故k =1;又线段PQ 为圆x 2+y 2+kx +my -4=0的一条弦, 故该圆的圆心在线段PQ 的垂直平分线上, 即为直线x +y =0,又圆心为⎝ ⎛⎭⎪⎫-k2,-m 2,∴m =-k =-1,∴不等式组为⎩⎪⎨⎪⎧x -y +1≥0,x +y ≤0,y ≥0.它表示的平面区域如图所示,是一个三角形,直线x -y +1=0与x +y =0的交点为⎝ ⎛⎭⎪⎫-12,12,∴S △=12×1×12=14. 故平面区域的面积为14.。
第2课时 二元一次不等式组表示的平面区域学习目标 1.理解并会画二元一次不等式组表示的平面区域.2.能把一些常见条件转化为二元一次不等式组.3.能把实际问题中的约束条件抽象为二元一次不等式组.知识点一 二元一次不等式组所表示的平面区域1.因为同侧同号,异侧异号,所以可以用特殊点检验,判断Ax +By +C >0的解集到底对应哪个区域.当C ≠0时,一般取原点(0,0),当C =0时,常取点(0,1)或(1,0).2.二元一次不等式组的解集是组成该不等式组的各不等式解集的交集. 知识点二 可化为二元一次不等式组的条件思考 我们知道x (x -1)>0等价于⎩⎪⎨⎪⎧ x >0,x -1>0或⎩⎪⎨⎪⎧x <0,x -1<0.那么(x +y )(x -y +1)≥0等价于什么?答案 ⎩⎪⎨⎪⎧ x +y ≥0,x -y +1≥0或⎩⎪⎨⎪⎧x +y ≤0,x -y +1≤0.梳理 (1)涉及由两个二元一次不等式相乘构成的不等式:可依据同号或异号分情况转化为两个不等式组,然后把两个不等式组表示的平面区域合并起来,即得到原不等式表示的平面区域. (2)含绝对值的不等式:分情况去掉绝对值,转化为等价的不等式组,再用平面区域表示. 知识点三 约束条件思考 一家银行的信贷部计划年初投入25 000 000元用于企业和个人贷款,希望这笔资金至少可带来30 000元的收益,其中从企业贷款中获益12%,从个人贷款中获益10%,假设信贷部用于企业贷款的资金为x 元,用于个人贷款的资金为y 元.那么x 和y 应满足哪些不等关系? 答案 分析题意,我们可得到以下式子 ⎩⎪⎨⎪⎧x +y ≤25 000 000,12x +10y ≥3 000 000,x ≥0,y ≥0.梳理 很多生产生活方案的设计要受到各种条件限制,这些限制就是所谓的约束条件. 像“思考”中的“用于企业贷款的资金为x 元,用于个人贷款的资金为y 元”称为决策变量.要表达约束条件,先要找到决策变量,然后用这些决策变量表示约束条件.1.在平面直角坐标系中,⎩⎨⎧x >0,y >0表示的平面区域为第一象限,x >0或y >0表示的平面区域为第一、二、四象限及x ,y 轴的正半轴.(√)2.y >|x |等价于⎩⎨⎧x ≥0,y >x 或⎩⎪⎨⎪⎧x <0,y >-x .(√)类型一 二元一次不等式组表示的平面区域例1 用平面区域表示不等式组⎩⎪⎨⎪⎧y <-3x +12,x <2y 的解集.考点 二元一次不等式(组)表示的平面区域 题点 二元一次不等式(组)表示的平面区域的画法解 不等式y <-3x +12,即3x +y -12<0,表示的平面区域在直线3x +y -12=0的左下方;不等式x <2y ,即x -2y <0,表示的是直线x -2y =0左上方的区域.取两区域重叠的部分,如图中的阴影部分就表示原不等式组的解集.反思与感悟 在画二元一次不等式组表示的平面区域时,应先画出每个不等式表示的区域,再取它们的公共部分即可.其步骤:①画线;②定侧;③求“交”;④表示.但要注意是否包含边界.跟踪训练1 画出下列不等式组所表示的平面区域.(1)⎩⎪⎨⎪⎧x -2y ≤3,x +y ≤3,x ≥0,y ≥0.(2)⎩⎪⎨⎪⎧x -y <2,2x +y ≥1,x +y <2.考点 二元一次不等式(组)表示的平面区域 题点 二元一次不等式(组)表示的平面区域的画法解 (1)x -2y ≤3,即x -2y -3≤0,表示直线x -2y -3=0上及左上方的区域;x +y ≤3,即x +y -3≤0,表示直线x +y -3=0上及左下方的区域;x ≥0表示y 轴及其右边区域; y ≥0表示x 轴及其上方区域.综上可知,不等式组(1)表示的区域如图阴影部分(含边界)所示. (2)x -y <2,即x -y -2<0,表示直线x -y -2=0左上方的区域; 2x +y ≥1,即2x +y -1≥0,表示直线2x +y -1=0上及右上方的区域; x +y <2表示直线x +y =2左下方的区域.综上可知,不等式组(2)表示的区域如图阴影部分所示. 类型二 不等式组表示平面区域的应用 例2 已知约束条件⎩⎪⎨⎪⎧x ≥1,x +y -4≤0,kx -y ≤0表示面积为1的直角三角形区域,则实数k 的值为( )A.1B.-1C.0D.0或1考点 不等式(组)表示平面区域的应用 题点 平面区域的面积 答案 A解析 条件⎩⎪⎨⎪⎧x ≥1,x +y -4≤0表示的平面区域,如图阴影部分(含边界)所示,要使约束条件表示直角三角形区域,直线kx -y =0要么垂直于直线x =1, 要么垂直于直线x +y -4=0,∴k =0或k =1. 当k =0时,直线kx -y =0,即y =0,交直线x =1, x +y -4=0于点B (1,0),C (4,0). 此时约束条件表示△ABC 及其内部, 其面积S △ABC =12·|BC |·|AB |=12×3×3=92≠1.同理可验证当k =1时符合题意.反思与感悟 平面区域面积问题的解题思路 (1)求平面区域的面积:①首先画出不等式组表示的平面区域,若不能直接画出,应利用题目的已知条件转化为不等式组问题,从而再作出平面区域;②对平面区域进行分析,若为三角形应确定底与高,若为规则的四边形(如平行四边形或梯形),可利用面积公式直接求解,若为不规则四边形,可分割成几个三角形分别求解,再求和即可.(2)利用几何意义求解的平面区域问题,也应作出平面图形,利用数形结合的方法去求解. 跟踪训练2 已知不等式组⎩⎪⎨⎪⎧x -y +1≥0,x +y -1≥0,3x -y -3≤0表示的平面区域为D ,若直线y =kx +1将区域D 分成面积相等的两部分,则实数k 的值是________. 考点 不等式(组)表示平面区域的应用 题点 平面区域的面积 答案 13解析 由题意可得A (0,1),B (1,0),C (2,3). 则不等式组⎩⎪⎨⎪⎧x -y +1≥0,x +y -1≥0,3x -y -3≤0表示的平面区域为△ABC 及其内部.直线y =kx +1过点A.要把△ABC 分成面积相等的两部分,需过BC 中点M ⎝⎛⎭⎫32,32. 此时k =32-132-0=1232=13.类型三 可化为二元一次不等式组的问题 命题角度1 乘积类或含绝对值的条件转化 例3 画出不等式x 24-y 2≤0表示的平面区域.考点 不等式(组)表示平面区域的应用 题点 与平面区域相关的其他问题 解 x 24-y 2=⎝⎛⎭⎫x 2-y ⎝⎛⎭⎫x 2+y ≤0等价于⎩⎨⎧x2-y ≤0,x2+y ≥0或⎩⎨⎧x2-y ≥0,x2+y ≤0,其表示的平面区域如图阴影部分(包括边界)所示.反思与感悟 (1)可以通过等价转化把较新颖的问题化归为老问题.(2)不论(A 1x +B 1y +C 1)(A 2x +B 2y +C 2)大于0还是小于0,其表示的区域必为“对顶角”区域,故用特殊点确定区域时只需取一点即可. 跟踪训练3 画出|x |+|y |≤1表示的平面区域. 考点 不等式(组)表示平面区域的应用 题点 与平面区域相关的其他问题解不等式|x |+|y |≤1等价为⎩⎪⎨⎪⎧x +y ≤1,x ≥0,y ≥0,x -y ≤1,x ≥0,y ≤0,-x -y ≤1,x ≤0,y ≤0,-x +y ≤1,x ≤0,y ≥0,∴|x |+|y |≤1表示的平面区域如图所示.命题角度2 由实际问题抽象出二元一次不等式组例4 某人准备投资1 200万兴办一所民办中学,对教育市场进行调查后,他得到了下面的数据表格(以班级为单位):因生源和环境等因素,办学规模以20到30个班为宜.分别用数学关系式和图形表示上述的限制条件.考点 不等式(组)表示平面区域在生活中的应用 题点 不等式(组)表示平面区域在生活中的应用解 设开设初中班x 个,开设高中班y 个,根据题意,总共招生班数应限制在20至30之间,所以有20≤x +y ≤30.考虑到所投资金的限制,得到26x +54y +2×2x +2×3y ≤1 200,即x +2y ≤40.另外,开设的班数应为自然数,则x ∈N ,y ∈N .把上面的四个不等式合在一起,得到⎩⎪⎨⎪⎧20≤x +y ≤30,x +2y ≤40,x ∈N ,y ∈N .用图形表示这个限制条件,得到如图阴影部分(含边界)的平面区域.反思与感悟 求解不等式组在生活中的应用问题,首先要认真分析题意,设出未知量;然后根据题中的限制条件列出不等式组.注意隐含的条件,如钢板块数为自然数.跟踪训练4 某营养师要为某个儿童预订午餐和晚餐,已知一个单位的午餐含12个单位的碳水化合物,6个单位的蛋白质和6个单位的维生素C ;一个单位的晚餐含8个单位的碳水化合物,6个单位的蛋白质和10个单位的维生素C.另外,该儿童这两餐需要的营养中至少含64个单位的碳水化合物,42个单位的蛋白质和54个单位的维生素C.列出满足上述营养要求所需午餐和晚餐单位个数的数学关系式. 考点 不等式(组)表示平面区域在生活中的应用 题点 不等式(组)表示平面区域在生活中的应用解 设需要预订满足要求的午餐和晚餐分别为x 个单位和y 个单位,则依题意x ,y 满足⎩⎪⎨⎪⎧x >0,y >0,12x +8y ≥64,6x +6y ≥42,6x +10y ≥54,即⎩⎪⎨⎪⎧x >0,y >0,3x +2y ≥16,x +y ≥7,3x +5y ≥27.1.如图所示,表示阴影部分的二元一次不等式组是()A.⎩⎪⎨⎪⎧y ≥-2,3x -2y +6>0,x <0B.⎩⎪⎨⎪⎧ y ≥-2,3x -2y +6≥0,x ≤0C.⎩⎪⎨⎪⎧y >-2,3x -2y +6>0,x ≤0D.⎩⎪⎨⎪⎧y >-2,3x -2y +6<0,x <0考点 二元一次不等式(组)题点 用二元一次不等式(组)表示平面区域 答案 C解析 观察图象可知,阴影部分在直线y =-2的上方,且不包含直线y =-2,故可得不等式y >-2.又阴影部分在直线x =0左边,且包含直线x =0,故可得不等式x ≤0.由图象可知,第三条边界线过点(-2,0),点(0,3),故可得直线3x -2y +6=0,因为此直线为虚线且原点O (0,0)在阴影部分内,故可得不等式3x -2y +6>0.观察选项可知选C. 2.在平面直角坐标系中,不等式组⎩⎪⎨⎪⎧x +y ≥0,x -y +4≥0,x ≤a (a 为常数)表示的平面区域的面积是9,那么实数a 的值为( ) A.32+2 B.-32+2 C.-5D.1考点 不等式(组)表示平面区域的应用 题点 平面区域的面积 答案 D解析 平面区域如图阴影部分(含边界)所示,易求得A (-2,2),B (a ,a +4),C (a ,-a ).S △ABC =12|BC |·|a +2|=(a +2)2=9,由题意得a =1(a =-5不满足题意,舍去).3.完成一项装修工程需要木工和瓦工共同完成.请木工需付工资每人50元,请瓦工需付工资每人40元,现有工人工资预算2 000元,设木工x 人,瓦工y 人,满足工人工资预算条件的数学关系式为________________.考点 不等式(组)表示平面区域在生活中的应用 题点 不等式(组)表示平面区域在生活中的应用 答案 ⎩⎪⎨⎪⎧50x +40y ≤2 000,x ∈N *,y ∈N *4.画出(x -2y +1)(x +y -3)≤0表示的平面区域. 考点 不等式(组)表示平面区域的应用 题点 与平面区域相关的其他问题解 由(x -2y +1)(x +y -3)≤0,可得⎩⎪⎨⎪⎧x -2y +1≥0,x +y -3≤0或⎩⎪⎨⎪⎧x -2y +1≤0,x +y -3≥0.其表示的平面区域如图阴影部分(包括边界)所示.1.平面区域的画法:二元一次不等式的标准化与半平面的对应性.对于A >0的直线l :Ax +By +C =0,Ax +By +C >0对应直线l 右侧的平面;Ax +By +C <0对应直线l 左侧的平面.2.由一组直线围成的区域形状常见的有三角形、四边形、多边形以及带状域等.3.找约束条件的关键是先找到决策变量,然后准确地用决策变量表示约束条件,并注意实际含义对变量取值的影响.一、选择题1.图中阴影部分表示的区域对应的二元一次不等式组为( )A.⎩⎪⎨⎪⎧x +y -1≥0,x -2y +2≥0 B.⎩⎪⎨⎪⎧x +y -1≤0,x -2y +2≤0 C.⎩⎪⎨⎪⎧x +y -1≥0,x -2y +2≤0 D.⎩⎪⎨⎪⎧x +y -1≤0,x -2y +2≥0 考点 二元一次不等式(组)题点 用二元一次不等式(组)表示平面区域答案 A解析 取原点O (0,0)检验,满足x +y -1≤0,故异侧点满足x +y -1≥0,排除B ,D.O 点满足x -2y +2≥0,排除C. 2.不等式组⎩⎪⎨⎪⎧x ≤3,x +y ≥0,x -y +2≥0表示的平面区域的面积等于( )A.28B.16C.394D.121考点 不等式(组)表示平面区域的应用 题点 平面区域的面积 答案 B解析 作出不等式组表示的平面区域(图略),可知该区域为等腰直角三角形,其三个顶点的坐标分别为(3,-3),(3,5),(-1,1),所以其面积S =12×8×4=16.3.不等式组⎩⎪⎨⎪⎧(x -y +5)(x +y )≥0,0≤x ≤3表示的平面区域是一个( )A.三角形B.直角梯形C.梯形D.矩形考点 不等式(组)表示平面区域的应用 题点 与平面区域相关的其他问题 答案 C解析 在同一坐标系中画出直线x -y +5=0及x +y =0,取点(0,1),代入(x -y +5)(x +y )中,得(-1+5)×1=4>0,可知点(0,1)在不等式(x -y +5)(x +y )≥0表示的区域内,再画出直线x =0和x =3,则原不等式组表示的平面区域为图中阴影部分,它是一个梯形.4.若满足不等式组⎩⎪⎨⎪⎧(x -y +1)(x +y -3)≥0,0≤x ≤a 的点(x ,y )组成的图形的面积是5,则实数a 的值为( )A.-1B.3C.-2D.4答案 B解析 不等式组化为⎩⎨⎧ x -y +1≥0,x +y -3≥0,0≤x ≤a或⎩⎪⎨⎪⎧ x -y +1≤0,x +y -3≤0,0≤x ≤a ,画出平面区域如图所示,平面区域为△ABC ,△ADE ,A (1,2),B (a ,a +1),C (a,3-a ),面积为S =12(2a -2)(a -1)+12×2×1=5, 解得a =3或a =-1(舍去).5.若不等式组⎩⎪⎨⎪⎧0≤x ≤2,0≤y ≤2,y ≤kx -2表示的平面区域是一个梯形,则实数k 的取值范围是( ) A.(1,3]B.[2,3]C.(1,2]D.(2,+∞) 考点 不等式(组)表示平面区域的应用 题点 根据约束条件求参数范围 答案 D解析 如图,⎩⎨⎧ 0≤x ≤2,0≤y ≤2表示的区域是一个正方形,当直线y =kx -2与线段BC (不含端点)相交时,所给区域表示梯形,由图可得k >2-(-2)2-0=2.6.在平面直角坐标系xOy 中,M 为不等式组⎩⎪⎨⎪⎧2x -y -2≥0,x +2y -1≥0,3x +y -8≤0所表示的区域上一动点,则直线OM 斜率的最小值为( )A.2B.1C.-13D.-12考点 不等式(组)表示平面区域的应用题点 根据约束条件求参数范围答案 C解析 不等式组表示的平面区域如图阴影部分(含边界)所示,由⎩⎪⎨⎪⎧ x +2y -1=0,3x +y -8=0,得M (3,-1). 此时直线OM 的斜率最小且为-13. 7.若不等式组⎩⎪⎨⎪⎧ x -y ≥0,2x +y ≤2,y ≥0,x +y ≤a表示的平面区域是一个三角形,则a 的取值范围是( ) A.⎣⎡⎭⎫43,+∞B.(0,1]C.⎣⎡⎦⎤1,43D.(0,1]∪⎣⎡⎭⎫43,+∞考点 不等式(组)表示平面区域的应用题点 根据约束条件求参数范围答案 D解析 不等式组⎩⎨⎧ x -y ≥0,2x +y ≤2,y ≥0表示的平面区域如图阴影部分(含边界)所示,求得A ,B 两点的坐标分别为⎝⎛⎭⎫23,23和(1,0),若原不等式组表示的平面区域是一个三角形,则a 的取值范围是0<a ≤1或a ≥43. 8.不等式组⎩⎪⎨⎪⎧ x ≥0,x +y ≤3,y ≥x +1表示的平面区域为Ω,直线y =kx -1与区域Ω有公共点,则实数k的取值范围为( )A.(0,3]B.[-1,1]C.(-∞,3]D.[3,+∞) 考点 不等式(组)表示平面区域的应用题点 根据约束条件求参数范围答案 D解析 直线y =kx -1过定点M (0,-1),由图可知,当直线y =kx -1经过直线y =x +1与直线x +y =3的交点C (1,2)时,k 最小,此时k CM =2-(-1)1-0=3,因此k ≥3,即k ∈[3,+∞).故选D.二、填空题9.如图所示的正方形及其内部的平面区域用不等式组表示为________.考点 二元一次不等式(组)题点 用二元一次不等式(组)表示平面区域答案 ⎩⎪⎨⎪⎧-1≤x ≤1,-1≤y ≤1 10.若A 为不等式组⎩⎪⎨⎪⎧ x ≤0,y ≥0,y -x ≤2表示的平面区域,则当a 从-2连续变化到1时,动直线x +y=a 扫过A 中的那部分区域的面积为________.考点 不等式(组)表示平面区域的应用题点 平面区域的面积答案 74解析 如图所示,区域A 表示的平面区域为△OBC 内部及其边界组成的图形,当a 从-2连续变化到1时扫过的区域为四边形ODEC 所围成的区域.又D (0,1),B (0,2),E ⎝⎛⎭⎫-12,32,C (-2,0). S 四边形ODEC =S △OBC -S △BDE =12×2×2-12×12×1=2-14=74. 11.记不等式组⎩⎪⎨⎪⎧ x ≥0,x +3y ≥4,3x +y ≤4所表示的平面区域为D ,若直线y =a (x +1)与D 有公共点,则a 的取值范围是________.考点 不等式(组)表示平面区域的应用题点 根据约束条件求参数范围答案 ⎣⎡⎦⎤12,4解析 不等式组所表示的平面区域D 为如图所示阴影部分(含边界),且A (1,1),B (0,4),C ⎝⎛⎭⎫0,43. 直线y =a (x +1)恒过定点P (-1,0),且斜率为a .由斜率公式可知k AP =12,k BP =4. 若直线y =a (x +1)与区域D 有公共点,由数形结合可得12≤a ≤4. 三、解答题12.已知实数x ,y 满足不等式组⎩⎪⎨⎪⎧ 2x +3y -6≤0,x -y -1≤0,x -2y +2>0,x +y -1>0.(1)画出满足不等式组的平面区域;(2)求满足不等式组的平面区域的面积.考点 二元一次不等式(组)表示的平面区域 题点 二元一次不等式(组)表示的平面区域的画法解 (1)满足不等式组的平面区域如图中阴影部分所示.(2)解方程组⎩⎪⎨⎪⎧ 2x +3y -6=0,x -2y +2=0,得A ⎝⎛⎫67,107, 解方程组⎩⎪⎨⎪⎧ 2x +3y -6=0,x -y -1=0,得D ⎝⎛⎭⎫95,45, 所以满足不等式组的平面区域的面积为S 四边形ABCD =S △AFE -S △BFC -S △DCE =12×(2+3)×107-12×(1+2)×1-12×(3-1)×45=8970. 13.若直线y =kx +1与圆x 2+y 2+kx +my -4=0相交于P ,Q 两点,且P ,Q 关于直线x +y=0对称,则不等式组⎩⎪⎨⎪⎧ kx -y +1≥0,kx -my ≤0,y ≥0表示的平面区域的面积是多少?考点 不等式(组)表示平面区域的应用题点 平面区域的面积解 P ,Q 关于直线x +y =0对称,故直线PQ 与直线x +y =0垂直,直线PQ 即为直线y =kx +1,故k =1;又线段PQ 为圆x 2+y 2+kx +my -4=0的一条弦,故该圆的圆心在线段PQ 的垂直平分线上,即为直线x +y =0,又圆心为⎝⎛⎭⎫-k 2,-m 2, ∴m =-k =-1,∴不等式组为⎩⎨⎧ x -y +1≥0,x +y ≤0,y ≥0.它表示的平面区域如图阴影部分(含边界)所示,是一个三角形,直线x-y +1=0与x +y =0的交点为⎝⎛⎭⎫-12,12, ∴S =12×1×12=14. 故平面区域的面积为14. 四、探究与拓展14.设不等式组⎩⎪⎨⎪⎧ x +y -11≥0,3x -y +3≥0,5x -3y +9≤0表示的平面区域为D .若指数函数y =a x (a >0,a ≠1)的图象上存在区域D 上的点,则a 的取值范围是( )A.(1,3]B.[2,3]C.(1,2]D.[3,+∞)考点 不等式(组)表示平面区域的应用题点 根据约束条件求参数范围答案 A解析 作出不等式组表示的平面区域D ,如图阴影部分所示(包含边界).由⎩⎪⎨⎪⎧x +y -11=0,3x -y +3=0,得交点A (2,9).对于y =a x (a >0,a ≠1)的图象,当0<a <1时,没有点在区域D 上. 当a >1,y =a x 恰好经过A 点时,由a 2=9,得a =3.要满足题意,需a 2≤9,解得1<a ≤3.15.若M (x 0,y 0)是平面区域⎩⎪⎨⎪⎧ x +y ≥8,x +y ≤a ,x ≥6(a ≠8)内的一个动点,且x 0+2y 0≤14恒成立,则实数a 的取值范围是( )A.(8,10]B.(8,9]C.[6,9]D.[6,10] 考点 不等式(组)表示平面区域的应用题点 根据约束条件求参数范围答案 A解析 不等式组⎩⎨⎧ x +y ≥8,x ≥6所表示的平面区域如图中阴影部分所示(包含边界).由题意易知a >8,且点(6,a -6)为可行域内边界上一点.由图可知当点(6,a -6)位于直线x +2y =14上或其左下方时,x 0+2y 0≤14恒成立,从而有6+2(a -6)≤14,即a ≤10,所以8<a ≤10.。