高中数学解题方法谈 线性规划问题新解法
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线性规划问题新解法
简单的线性规划问题是高中数学新课标教材的重点内容,也是近年高考命题的热点.线性规划问题的常规解法是“截距法”,即利用线性目标函数(0)z ax by b =+≠的几何意义:“z
b 是直线a z y x b b
=-+在y 轴上的截距”来求解.而对于有些线性规划问题.也可以运用新的视角探究其解法.现以近年高考题为例向同学们介绍,以拓广同学们的解题思路.
一、函数单调性法
例1 (高考福建卷)非负实数x y ,满足24030x y x y ⎧+-⎪⎨+-⎪⎩
,,≤≤则3x y +的最大值是 .
解析:在平面直角坐标系中作出不等式组表示的平面区域,如右图.
令3z x y =+,由图知,使目标函数3z x y =+取得最大值的
点一定在边界240x y +-=或30x y +-=上取得.
由24030x y x y +-=⎧⎨+-=⎩,,解得12x y =⎧⎨=⎩
,. (1)当01x ≤≤时,33(3)29z x y x x x =+=+-+=-+,
在[01],上为减函数,0x =∴时,max 9z =; (2)当12x ≤≤时,33(24)512z x y x x x =+=+-+=-+,
在[1
2],上也为减函数,1x =∴时,max 7z =; 综上知当0x =时,3z x y =+有最大值为9.
点评:本解法是将二元一次函数转化为一元一次函数,然后利用函数单调性求解的.既体现了函数与不等式的密切转化关系,也说明了线性规划问题的“返璞归真”.
二、待定系数法
例2 (高考浙江卷)设z x y =-式中变量x 和y 满足条件3020x y x y ⎧+-⎪⎨-⎪⎩
,,≥≥则z 的最小值为( )
A.1 B.1- C.3 D.3-
解析:令()(2)()(2)z x y m x y n x y m n x m n y =-=++-=++-,
则121m n m n +=⎧⎨-=-⎩,,解得1323m n ⎧=⎪⎪⎨⎪=⎪⎩
,. 于是1212()(2)3013333
z x y x y x y =-=++-⨯+⨯=≥, 当且仅当320x y x y +=⎧⎨-=⎩
,时,z 取最小值1.故选A.
例3 (高考江苏卷)制定投资计划时,不仅要考虑可能获得的盈利,而且要考虑可能出现的亏损.
某投资人打算投资甲、乙两个项目.根据预测,甲、乙两个项目可能的最大盈利率分别为100%和50%,可能的最大亏损率分别为30%和10%.投资人计划投资金额不超过10万元,要求确保可能的资金亏损不超过1.8万元.问投资人对甲、乙两个项目各投资多少万元,才能使可能的盈利最大?
解析:设投资人分别用x 万元、y 万元投资甲、乙两个项目,则由题意知100.30.1 1.800x y x y x y ⎧+⎪+⎨⎪⎩
,,,,≤≤≥≥
目标函数0.5()(0.30.1)z x y m x y n x y =+=+++,
则0.310.10.5m n m n +=⎧⎨+=⎩,,解得0.252.5m n =⎧⎨=⎩,.
于是0.25() 2.5(0.30.1)z x y x y =+++.
显然当且仅当x y +与0.30.1x y +同时取得最大值时,z 最大.
由100.30.1 1.8x y x y +=⎧⎨+=⎩,,得46x y =⎧⎨=⎩
,. 此时0.540.567z x y =+=+⨯=(万元).
∴当46x y ==,时,z 取得最大值.
故投资人用4万元投资甲项目,6万元投资乙项目,才能确保在亏损不超过1.8万元的前提下,使可能的盈利最大.
点评:借助待定系数法求解线性规划问题的一般步骤是:①列出线性约束条件及目标函数;②用待定系数法构造变量组合;③解出“=”成立的条件