2018最新北师大版高中数学必修五学案:第三章 4.3 简单线性规划的应用
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3.4.3简单的线性规划的应用本节教材分析教材设计了两个实际问题,代表了线性规划研究的两大类问题:一类是一项任务确定后,如何统一安排,做到以最少的人力、物力安排任务;另一类是在一定量的人力、物力条件下,如何安排和使用,以获得最大效益.这两类问题的两个方面,即寻求整个问题的某种指标的最优解.三维目标1.知识与技能:掌握线性规划问题的图解法,并能应用它解决一些简单的实际问题;2.过程与方法:经历从实际情境中抽象出简单的线性规划问题的过程,提高数学建模能力;3.情态与价值:引发学生学习和使用数学知识的兴趣,发展创新精神,培养实事求是、理论与实际相结合的科学态度和科学道德。
教学重点:利用图解法求得线性规划问题的最优解;教学难点:把实际问题转化成线性规划问题,并给出解答,解决难点的关键是根据实际问题中的已知条件,找出约束条件和目标函数,利用图解法求得最优解。
教学建议:教学中应注意:用图解法解决线性规划问题时,分析题目的已知条件,找出约束条件和目标函数是关键.可先将题目中的量分类、列出表格,理清头绪,然后列出不等式组(方程组)寻求约束条件,并就题目所述找到目标函数.另外若实际问题要求的最优解是整数解,而我们利用图解法得到的解为非整数解,则应作适当调整,其方法应以与线性目标函数的直线的的距离为依据,在直线的附近寻求与此直线距离最近的整点,不要在用图解法所得到的近似解附近寻找.如果可行域中的整点数目很少,采用逐个试验法也是很有效的办法.教学上课适当采用多媒体和投影仪等辅助教学,以增加课堂容量,增强直观性,进而提高课堂效率. 新课导入设计导入一[直接导入]上节课我们探究了用线性规划解决求函数最值问题,这节课我们进一步探究有关线性规划的有关问题,看看用线性规划能解决哪些实际问题.教师出示多媒体课件,提出问题,由此引入新课.导入二[复习导入]生产实际中有许多问题都可归结为线性规划问题,其中有两类重要实际问题:一是一类是一项任务确定后,如何统一安排,做到以最少的人力、物力安排任务;另一类是在一定量的人力、物力条件下,如何安排和使用,以获得最大效益.1。
4.2 简单的线性规划问题教案设计第1课时1教学目标1.了解线性规划的意义,了解线性约束条件、线性目标函数、可行解、可行域和最优解等概念;理解线性规划问题的图解法;会利用图解法求线性目标函数的最优解.2.在实验探究的过程中,让学生体验数学活动充满着探索与创造,培养学生的数据分析能力、探索能力、合情推理能力及动手操作、勇于探索的精神;3、在应用图解法解题的过程中,培养学生运用数形结合思想解题的能力和化归能力,体验数学来源于生活,服务于生活,体验数学在建设节约型社会中的作用.2学情分析本节课学生在学习了不等式、直线方程的基础上,又通过实例,理解了平面区域的意义,并会画出平面区域,还能初步用数学关系式表示简单的二元线性规划的限制条件,将实际问题转化为数学问题. 从数学知识上看,问题涉及多个已知数据、多个字母变量,多个不等关系,从数学方法上看,学生对图解法的认识还很少,数形结合的思想方法的掌握还需时日,这都成了学生学习的困难.3重点难点求线性目标函数的最值问题是重点;从数学思想上看,学生对为什么要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?以及如何想到要这样转化?存在一定疑虑及困难;教学应紧扣问题实际,通过突出知识的形成发展过程,引入数学实验来突破这一难点.4教学过程第一学时教学活动活动1【导入】引入(1)情景某工厂用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.该产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什么?请学生读题,引导阅读理解后,列表→建立数学关系式→画平面区域,学生就近既分工又合作,教师关注有多少学生写出了线性数学关系式,有多少学生画出了相应的平面区域,在巡视中并发现代表性的练习进行展示,强调这是同一事物的两种表达形式数与形.【问题情景使学生感到数学是自然的、有用的,学生已初步学会了建立线性规划模型的三个过程:列表→建立数学关系式→画平面区域,可放手让学生去做,再次经历从实际问题中抽象出数学问题的过程,教师则在数据的分析整理、表格的设计上加以指导】教师打开几何画板,作出平面区域.活动2【导入】引入(2)问题师:进一步提出问题,若生产一件甲产品获利2万元,生产一件乙产品获利3万元,采用哪种生产安排利润最大?学生不难列出函数关系式 .师:这是关于变量的一次解析式,从函数的观点看的变化引起z的变化,而是区域内的动点的坐标,对于每一组的值都有唯一的z值与之对应,请算出几个z的值. 填入课前发下的实验探究报告单中的第2—4列进行观察,看看你有什么发现?学生会选择比较好算的点,比如整点、边界点等.【学生思维的最近发现区是上节的相关知识,因此教师有目的引导学生利用几何直观解决问题,虽然这个过程计算比较繁琐,操作起来有难度,但是教学是一个过程,从中让学生体会科学探索的艰辛,这样引导出教科书给出的数形结合的合理性,也为引入信息技术埋下伏笔】活动3【活动】实验教师打开画板,当堂作出右图,在区域内任意取点,进行计算,请学生与自己的数据对比,继续在实验探究报告单上补充填写画板上的新数据.教师引导学生提出猜想:点M的坐标为(4,2)时,= 取得最大值14.【在信息技术与课程整合过程中,为改变老师单机的演示学生被动观看的现状,让学生参与进来,老师(可以根据学生要求)操作,学生记录,共同提出猜想,在当前技术条件受限时不失为一个好方法】师:这有限次的实验得来的结论可靠吗?我们毕竟无法取遍所有点,因为区域内的点是无数的!况且没有计算机怎么办,数据复杂手工无法计算怎么办?因此,有必要寻找操作性强的可靠的求最优解的方法.【形成认知冲突,激发求知欲望,调整探究思路,寻找解决问题的新方法】继续观察实验报告单,聚焦每一行的点坐标和对应的度量值,比如M(3.2, 1.2)时方程是,填写表中的第6—7列,引导学生先在点与直线之间建立起联系------点M的坐标是方程的解,那么点M就应该在直线上,反过来直线经过点M,当然也就经过平面区域,所以点M的运动就可转化为直线的平移运动。
§4.3 简单线性规划的应用教学设计授课人:课题:简单线性规划的应用教学目标:1.能应用线性规划的方法解决一些简单的实际问题;2.增强学生的应用意识,培养学生理论联系实际的观点.教学重点:求得最优解教学难点:化抽象为具体教学方法:讲练结合数形结合教材分析:线性规划研究的两类重要实际问题:1.给定一定数量的人力、物力资源,问怎样安排运用这些资源,能使完成的任务量最大,收到的效益最大.2.给定一项任务,问怎样统筹安排,能使完成这项任务的人力、物力资源最小.【教学思路】一、复习引入二、讲解新课1.典例分析:例1: 某工厂生产甲、乙两种产品.已知生产甲种产品1t需消耗A种矿石10t、B种矿石5t、煤4t;生产乙种产品1吨需消耗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300t、消耗B种矿石不超过200t、消耗煤不超过360t.问:甲、乙两种产品应各生产多少吨时,才能使利润总额达到最大(精确到0.1t)?例2: 医院用甲、乙两种原料为手术后的病人配营养餐,甲种原料每10g 含5单位蛋白质和10单位铁质,售价3元;乙种原料每10g含7单位蛋白质和4单位铁质,售价2元.若病人每餐至少需要35单位蛋白质和40单位铁质,试问:应如何使用甲、乙原料,才能既满足营养,又使费用最省?2.解线性规划应用问题的一般步骤:(1)理清题意,列出表格;(2)设好变元并列出不等式组和目标函数;(3)准确作图,准确计算;(4)还原成实际问题.三、巩固练习咖啡馆配制两种饮料.甲种饮料每杯含奶粉9g 、咖啡4g、糖3g,乙种饮料每杯含奶粉4g 、咖啡5g、糖10g.已知每天原料的使用限额为奶粉3600g ,咖啡2000g 糖3000g,如果甲种饮料每杯能获利0.7元,乙种饮料每杯能获利1.2元,每天在原料的使用限额内饮料能全部售出,每天应配制两种饮料各多少杯能获利最大?四、课堂小结本节学习了把实际问题转化成线性规划问题:即建立数模的方法五、布置作业课本习题4.3 B组第2题六、板书设计(略)七、教学反思。
北师大版高中必修54.3简单线性规划的应用教学设计一、教学目标1.了解简单线性规划的基本概念和应用场景;2.掌握通过图像、表格等多种方式来分析解决简单线性规划问题的方法;3.培养学生的逻辑思维和问题解决能力。
二、教学重点和难点重点:1.简单线性规划问题的基本概念和应用;2.通过不同方法解决简单线性规划问题。
难点:1.针对不同的数学模型选择适合的解决方法;2.如何分析实际问题并将其转化为数学模型。
三、教学内容和进度安排第一课时教学内容:1.介绍线性规划的基本概念及其应用场景;2.讲解标准形式的线性规划问题;3.用图像法解决线性规划问题。
进度安排:1.介绍线性规划的概念和应用场景(20分钟);2.讲解标准形式的线性规划问题(30分钟);3.用图像法解决线性规划问题(50分钟);4.总结本节课知识点(10分钟)。
第二课时教学内容:1.讲解单纯形法解决标准形式线性规划问题;2.应用单纯形法解决实际问题;3.讲解对偶问题和原问题的关系。
进度安排:1.讲解单纯形法解决标准形式线性规划问题(30分钟);2.应用单纯形法解决实际问题(50分钟);3.讲解对偶问题和原问题的关系(30分钟);4.总结本节课知识点(10分钟)。
第三课时教学内容:1.讲解在不等式约束中的简单线性规划问题;2.应用例子来说明不等式约束的简单线性规划问题;3.强调问题建模和模型的准确性。
进度安排:1.讲解在不等式约束中的简单线性规划问题(30分钟);2.应用例子来说明不等式约束的简单线性规划问题(60分钟);3.强调问题建模和模型的准确性(30分钟);4.总结本节课知识点(10分钟)。
四、教学方法1.结合生活实例,体验线性规划问题的应用;2.运用多种方式(如图像法、单纯形法等)来解决线性规划问题;3.让学生自主发现和探究解决问题的思路和方法。
五、教学评估1.课堂笔记和作业;2.课堂互动和表现;3.期末考试。
注:以上教学设计不仅适用于北师大版高中必修54.3简单线性规划的应用,也适用于其他高中或大学简单线性规划的教学。
4.3 简单线性规划的应用学习目标 1.掌握简单线性规划解题的基本步骤.2.了解实际线性规划中的整数解求法.3.会求一些简单的非线性函数的最值.知识点一 用线性规划解决问题的过程 1.寻找约束条件, 2.建立目标函数, 3.画出可行域, 4.求出最优解.知识点二 非线性约束条件思考 类比探究二元一次不等式表示平面区域的方法,画出约束条件(x -a )2+(y -b )2≤r 2的可行域.梳理 约束条件不是____________不等式,这样的约束条件称为非线性约束条件. 知识点三 非线性目标函数思考 在问题“若x 、y 满足⎩⎪⎨⎪⎧x +y ≥6,x ≤4,y ≤4,求z =y -1x -1的最大值”中,你能仿照目标函数z =ax +by 的几何意义来解释z =y -1x -1的几何意义吗? 梳理 下表是一些常见的非线性目标函数.类型一 实际生活中的线性规划问题例1 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,求该企业每天可获得的最大利润.跟踪训练1 预算用希望使桌子和椅子的总数尽可能的多,但椅子数不少于桌子数,且不多于桌子数的1.5倍,问桌子、椅子各买多少才是最好的选择?类型二 非线性目标函数的最值问题 命题角度1 斜率型目标函数 引申探究1.把目标函数改为z =3y +12x +1,求z 的取值范围.2.把目标函数改为z =2x +y +1x +1,求z 的取值范围.例2 已知实数x ,y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪⎧2x +y -2≥0,x -2y +4≥0,3x -y -3≤0.试求z =y +1x +1的最大值和最小值.反思与感悟 对于形如cx +dy +f ax +b的目标函数,可变形为定点到可行域上的动点连线斜率问题.跟踪训练2 实数x ,y 满足⎩⎪⎨⎪⎧x ≥1,y ≥0,x -y ≥0,则z =y -1x的取值范围是( )A .[-1,0]B .(-∞,0]C .[-1,+∞)D .[-1,1)命题角度2 两点间距离型目标函数例3 已知x ,y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪⎧x +y -1≥0,x -2y +4≥0,3x -y -3≤0,试求z =x 2+y 2的最大值和最小值.反思与感悟 当斜率k 、两点间的距离、点到直线的距离与可行域相结合求最值时,注意数形结合思想方法的灵活运用.跟踪训练3 变量x 、y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪⎧x -4y +3≤0,3x +5y -25≤0,x ≥1.(1)设z =yx ,求z 的最小值;(2)设z =x 2+y 2,求z 的取值范围;(3)设z =x 2+y 2+6x -4y +13,求z 的取值范围.1.已知点P (x ,y )的坐标满足约束条件⎩⎪⎨⎪⎧x +y ≤4,y ≥x ,x ≥1,则x 2+y 2的最大值为( )A.10 B .8 C .16D .102.毕业庆典活动中,某班团支部决定组织班里48名同学去水上公园坐船观赏风景,支部先派一人去了解船只的租金情况,看到的租金价格如下表,那么他们合理设计租船方案后,所付租金最少为________元.3.若x 、y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪⎧x +y ≥6,x ≤4,y ≤4,则z =y -1x -1的最大值是________. 4.已知实数x ,y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪⎧y ≤1,x ≤1,x +y ≥1,则z =x 2+y 2的最小值为______.1.画图对解决线性规划问题至关重要,关键步骤基本上是在图上完成的,所以作图应尽可能准确,图上操作尽可能规范.2.在实际应用问题中,有些最优解往往需要整数解(比如人数、车辆数等)应结合可行域与目标函数微调.3.对于非线性目标函数,应准确翻译其几何意义,如x 2+y 2是点(x ,y )到点(0,0)的距离的平方,而非距离.答案精析问题导学 知识点二 思考梳理 二元一次 知识点三思考 z =y -1x -1的几何意义是可行域内的点(x ,y )与点(1,1)连线的斜率.梳理 在y 轴上的截距 在y 轴上的截距最大(或最小) (x ,y ) (a ,b ) 平方 交点 (x ,y ) (a ,b ) 斜率 斜率 题型探究例1 解 设该企业每天生产甲、乙各x 、y 吨,则有⎩⎪⎨⎪⎧3x +2y ≤12,x +2y ≤8,x ≥0,y ≥0其可行域如图,其中A (2,3),设企业每天可获利润为z =3x +4y , 则y =-34x +z 4,易知A 为最优解, ∴z max =3×2+4×3=18.跟踪训练1 解 设桌子、椅子分别买x 张、y 把,目标函数z =x +y ,把所给的条件表示成不等式组,即约束条件为⎩⎪⎨⎪⎧50x +20y ≤2 000,y ≥x ,y ≤1.5x ,x ∈N ,y ∈N.由⎩⎪⎨⎪⎧ 50x +20y =2 000,y =x ,解得⎩⎨⎧x =2007,y =2007,所以A 点的坐标为⎝⎛⎭⎫2007,2007.由⎩⎪⎨⎪⎧50x +20y =2 000,y =1.5x ,解得⎩⎪⎨⎪⎧x =25,y =752,所以B 点坐标为(25,752).所以满足条件的可行域是以 A ⎝⎛⎭⎫2007,2007,B ⎝⎛⎭⎫25,752, O ()0,0为顶点的三角形区域(含边界)(如图),由图形可知,目标函数z =x +y 在可行域内经过点B ⎝⎛⎭⎫25,752时取得最大值, 但注意到x ∈N ,y ∈N ,故取⎩⎪⎨⎪⎧x =25,y =37.故买桌子25张,椅子37把是最好的选择.例2 解 由于z =y +1x +1=y -(-1)x -(-1),故z 的几何意义是点(x ,y )与点M (-1,-1)连线的斜率, 因此y +1x +1的最值是点(x ,y )与点M (-1,-1)连线的斜率的最值,如图所示,直线MB 的斜率最大,直线MC 的斜率最小, 又∵B (0,2),C (1,0),∴z max =k MB =3, z min =k MC =12.∴z 的最大值为3,最小值为12.引申探究1.解 z =32·y +13x +12,其中k =y +13x +12的几何意义为点(x ,y )与点N ⎝⎛⎭⎫-12,-13连线的斜率.由图易知,k NC ≤k ≤k NB , 即29≤k ≤143,∴13≤32k ≤7,∴z 的取值范围是[13,7].2.解 z =2(x +1)+y -1x +1=y -1x +1+2.设k =y -1x +1,仿例2解得-12≤k ≤1.∴z ∈[32,3].跟踪训练2 D [作出可行域,如图所示,y -1x的几何意义是点(x ,y )与点(0,1)连线l 的斜率k l ,当直线l 过B (1,0)时k l 最小,最小为-1.又直线l 不能与直线x -y =0平行,∴k l <1.综上,k ∈[-1,1).] 例3 解 z =x 2+y 2表示可行域内的点到原点的距离的平方, 结合图形知,原点到点A 的距离最大,原点到直线BC 的距离最小. 故z max =OA 2=13,z min =(12)2=12.跟踪训练3 解由约束条件⎩⎨⎧x -4y +3≤0,3x +5y -25≤0,x ≥1作出可行域如图阴影部分(含边界)所示.由⎩⎪⎨⎪⎧ x =1,3x +5y -25=0,解得A ⎝⎛⎭⎫1,225; 由⎩⎪⎨⎪⎧x =1,x -4y +3=0,解得C (1,1);由⎩⎪⎨⎪⎧x -4y +3=0,3x +5y -25=0,解得B (5,2).(1)因为z =y x =y -0x -0,所以z 的值即是可行域中的点与原点O 连线的斜率.观察图形可知z min=k OB =25.(2)z =x 2+y 2的几何意义是可行域上的点到原点O 的距离的平方.结合图形可知,可行域上的点到原点的距离中,d min =OC =2,d max =OB =29, 即2≤z ≤29.(3)z =x 2+y 2+6x -4y +13=(x +3)2+(y -2)2的几何意义是可行域上的点到点(-3,2)的距离的平方.结合图形可知,可行域上的点到点(-3,2)的距离中, d min =1-(-3)=4,d max =(-3-5)2+(2-2)2=8.所以16≤z ≤64. 当堂训练1.D 2.116 3.3 4.12。
§4.2简单线性规划的应用教学目的:1.能应用线性规划的方法解决一些简单的实际问题2.增强学生的应用意识.培养学生理论联系实际的观点 教学重点:求得最优解 教学难点:求最优解是整数解 教材分析:线性规划的两类重要实际问题:第一种类型是给定一定数量的人力、物力资源,问怎样安排运用这些资源,能使完成的任务量最大,收到的效益最大;第二种类型是给定一项任务,问怎样统筹安排,能使完成这项任务的人力、物力资源量最小 教学过程: 一、复习引入:1.二元一次不等式0>++C By Ax 在平面直角坐标系中表示直线0=++C By Ax 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)2. 目标函数, 线性目标函数线性规划问题,可行解,可行域, 最优解 3.用图解法解决简单的线性规划问题的基本步骤:(1)根据线性约束条件画出可行域(即不等式组所表示的公共区域); (2)设0=z ,画出直线0l ;(3)观察、分析,平移直线0l ,从而找到最优解),(),,(1100y x B y x A ; (4)最后求得目标函数的最大值及最小值4.求线性目标函数在线性约束条件下的最优解的格式与步骤: (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做出可行域; (3)在可行域内求目标函数的最优解5.判断可行区域的方法: 由于对在直线0=++C By Ax 同一侧的所有点(x ,y ),把它的坐标(x ,y )代入C By Ax ++,所得到实数的符号都相同,所以只需在此直线的某一侧取一特殊点(x 0,y 0),从Ax 0+By 0+C 的正负即可判断0>++C By Ax 表示直线哪一侧的平面区域.(特殊地,当C ≠0时,常把原点作为此特殊点) 二、讲解新课:例1:医院用甲、乙两种原料为手术后的病人配营养餐,甲种原料每g 10含5单位蛋白质和10单位铁质,售价3元;乙种原料每g 10含7单位蛋白质和4单位铁质,售价2元。
一、教学内容分析本小节是普通高中课程标准实验教科书数学5(必修)第三章第3小节,主要内容是利用平面区域体现二元一次不等式(组)的解集;借助图解法解决在线性约束条件下的二元线性目标函数的最值与最优解问题;运用线性规划知识解决一些简单的实际问题(如资源利用,人力调配,生产安排等)。
突出体现了优化思想,与数形结合的思想。
本小节是利用数学知识解决实际问题的典例,它体现了数学源于生活而用于生活的特性。
二、学生学习情况分析本小节内容建立在学生学习了一元不等式(组)及其应用、直线与方程的基础之上,学生对于将实际问题转化为数学问题,数形结合思想有所了解. 但从数学知识上看学生对于涉及多个已知数据、多个字母变量,多个不等关系的知识接触尚少,从数学方法上看,学生对于图解法还缺少认识,对数形结合的思想方法的掌握还需时日,而这些都将成为学生学习中的难点。
三、设计思想以问题为载体,以学生为主体,以探究归纳为主要手段,以问题解决为目的,以多媒体为重要工具,激发学生的动手、观察、思考、猜想探究的兴趣。
注重引导学生充分体验“从实际问题到数学问题”的数学建模过程,体会“从具体到一般”的抽象思维过程,从“特殊到一般”的探究新知的过程;提高学生应用“数形结合”的思想方法解题的能力;培养学生的分析问题、解决问题的能力。
四、教学目标1、知识与技能:了解二元一次不等式(组)的概念,掌握用平面区域刻画二元一次不等式(组)的方法;了解线性规划的意义,了解线性约束条件、线性目标函数、可行解、可行域和最优解等概念;理解线性规划问题的图解法;会利用图解法求线性目标函数的最值与相应最优解;2、过程与方法:从实际问题中抽象出简单的线性规划问题,提高学生的数学建模能力;在探究的过程中让学生体验到数学活动中充满着探索与创造,培养学生的数据分析能力、化归能力、探索能力、合情推理能力;3、情态与价值:在应用图解法解题的过程中,培养学生的化归能力与运用数形结合思想的能力;体会线性规划的基本思想,培养学生的数学应用意识;体验数学来源于生活而服务于生活的特性.五、教学重点和难点重点:从实际问题中抽象出二元一次不等式(组),用平面区域刻画二元一次不等式组的解集及用图解法解简单的二元线性规划问题;难点:二元一次不等式所表示的平面区域的探究,从实际情境中抽象出数学问题的过程探究,简单的二元线性规划问题的图解法的探究.六、教学基本流程第一课时,利用生动的情景激起学生求知的欲望,从中抽象出数学问题,引出二元一次不等式(组)的基本概念,并为线性规划问题的引出埋下伏笔.通过学生的自主探究,分类讨论,大胆猜想,细心求证,得出二元一次不等式所表示的平面区域,从而突破本小节的第一个难点;通过例1、例2的讨论与求解引导学生归纳出画二元一次不等式(组)所表示的平面区域的具体解答步骤(直线定界,特殊点定域);最后通过练习加以巩固。
4.3 简单线性规划的应用
学习目标 1.掌握简单线性规划解题的基本步骤.2.了解实际线性规划中的整数解求法.3.会求一些简单的非线性函数的最值.
知识点一 用线性规划解决问题的过程 1.寻找约束条件, 2.建立目标函数, 3.画出可行域, 4.求出最优解.
知识点二 非线性约束条件
思考 类比探究二元一次不等式表示平面区域的方法,画出约束条件(x -a )2+(y -b )2≤r 2的可行域.
梳理 约束条件不是____________不等式,这样的约束条件称为非线性约束条件. 知识点三 非线性目标函数
思考 在问题“若x 、y 满足⎩⎪⎨⎪
⎧
x +y ≥6,x ≤4,
y ≤4,求z =y -1
x -1
的最大值”中,你能仿照目标函数z =
ax +by 的几何意义来解释z =
y -1
x -1
的几何意义吗? 梳理 下表是一些常见的非线性目标函数.
类型一 实际生活中的线性规划问题
例1 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,求该企业每天可获得的最大利润.
跟踪训练1 预算用希望使桌子和椅子的总数尽可能的多,但椅子数不少于桌子数,且不多于桌子数的1.5倍,问桌子、椅子各买多少才是最好的选择?
类型二 非线性目标函数的最值问题 命题角度1 斜率型目标函数 引申探究
1.把目标函数改为z =3y +12x +1,求z 的取值范围.
2.把目标函数改为z =2x +y +1
x +1,求z 的取值范围.
例2 已知实数x ,y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪
⎧
2x +y -2≥0,x -2y +4≥0,
3x -y -3≤0.
试求z =y +1
x +1的最大值和最小值.
反思与感悟 对于形如cx +dy +f ax +b
的目标函数,可变形为定点到可行域上的动点连线斜率问
题.
跟踪训练2 实数x ,y 满足⎩⎪⎨⎪
⎧
x ≥1,y ≥0,
x -y ≥0,则z =y -1
x
的取值范围是( )
A .[-1,0]
B .(-∞,0]
C .[-1,+∞)
D .[-1,1)
命题角度2 两点间距离型目标函数
例3 已知x ,y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪
⎧
x +y -1≥0,x -2y +4≥0,3x -y -3≤0,
试求z =x 2+y 2的最大值和最小值.
反思与感悟 当斜率k 、两点间的距离、点到直线的距离与可行域相结合求最值时,注意数形结合思想方法的灵活运用.
跟踪训练3 变量x 、y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪
⎧
x -4y +3≤0,3x +5y -25≤0,
x ≥1.
(1)设z =y
x ,求z 的最小值;
(2)设z =x 2+y 2,求z 的取值范围;
(3)设z =x 2+y 2+6x -4y +13,求z 的取值范围.
1.已知点P (x ,y )的坐标满足约束条件⎩⎪⎨⎪
⎧
x +y ≤4,y ≥x ,
x ≥1,则x 2+y 2的最大值为( )
A.10 B .8 C .16
D .10
2.毕业庆典活动中,某班团支部决定组织班里48名同学去水上公园坐船观赏风景,支部先派一人去了解船只的租金情况,看到的租金价格如下表,那么他们合理设计租船方案后,所付租金最少为________元.
3.若x 、y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪
⎧x +y ≥6,x ≤4,
y ≤4,
则z =
y -1
x -1
的最大值是________. 4.已知实数x ,y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪
⎧
y ≤1,x ≤1,
x +y ≥1,
则z =x 2+y 2的最小值为______.
1.画图对解决线性规划问题至关重要,关键步骤基本上是在图上完成的,所以作图应尽可能准确,图上操作尽可能规范.
2.在实际应用问题中,有些最优解往往需要整数解(比如人数、车辆数等)应结合可行域与目标函数微调.
3.对于非线性目标函数,应准确翻译其几何意义,如x 2+y 2是点(x ,y )到点(0,0)的距离的平方,而非距离.
答案精析
问题导学 知识点二 思考
梳理 二元一次 知识点三
思考 z =y -1
x -1
的几何意义是可行域内的点(x ,y )与点(1,1)连线的斜率.
梳理 在y 轴上的截距 在y 轴上的截距最大(或最小) (x ,y ) (a ,b ) 平方 交点 (x ,y ) (a ,b ) 斜率 斜率 题型探究
例1 解 设该企业每天生产甲、乙各x 、y 吨,则有
⎩⎪⎨⎪⎧
3x +2y ≤12,
x +2y ≤8,x ≥0,y ≥0
其可行域如图,其中A (2,3),
设企业每天可获利润为z =3x +4y , 则y =-34x +z 4,
易知A 为最优解, ∴z max =3×2+4×3=18.
跟踪训练1 解 设桌子、椅子分别买x 张、y 把,目标函数z =x +y ,把所给的条件表示成不等式组,即约束条件为
⎩⎪⎨⎪⎧
50x +20y ≤2 000,
y ≥x ,y ≤1.5x ,x ∈N ,y ∈N.
由⎩⎪⎨⎪⎧ 50x +20y =2 000,
y =x ,解得⎩⎨⎧
x =200
7
,
y =2007,
所以A 点的坐标为⎝⎛⎭⎫2007,2007.
由⎩⎪⎨⎪⎧
50x +20y =2 000,
y =1.5x ,解得⎩⎪⎨⎪⎧
x =25,y =752
,
所以B 点坐标为(25,752).
所以满足条件的可行域是以 A ⎝⎛⎭⎫2007,2007,B ⎝
⎛⎭⎫25,752, O ()
0,0为顶点的三角形区域(含边界)(如图),
由图形可知,目标函数z =x +y 在可行域内经过点B ⎝
⎛⎭⎫25,75
2时取得最大值, 但注意到x ∈N ,y ∈N ,故取⎩⎪⎨⎪⎧
x =25,
y =37.
故买桌子25张,椅子37把是最好的选择.
例2 解 由于z =y +1x +1=y -(-1)
x -(-1)
,
故z 的几何意义是点(x ,y )与点M (-1,-1)连线的斜率, 因此y +1x +1的最值是点(x ,y )与点M (-1,-1)连线的斜率的最值,
如图所示,直线MB 的斜率最大,直线MC 的斜率最小, 又∵B (0,2),C (1,0),
∴z max =k MB =3, z min =k MC =1
2
.
∴z 的最大值为3,最小值为1
2.
引申探究
1.解 z =3
2·y +13x +12
,
其中k =y +13x +1
2
的几何意义为点(x ,y )与点N ⎝⎛⎭⎫-12,-1
3连线的斜率.
由图易知,k NC ≤k ≤k NB , 即29≤k ≤143,∴13≤3
2
k ≤7,
∴z 的取值范围是[1
3
,7].
2.解 z =2(x +1)+y -1x +1=y -1
x +1+2.
设k =y -1x +1,仿例2解得-1
2≤k ≤1.
∴z ∈[3
2
,3].
跟踪训练2 D [作出可行域,如图所示,
y -1
x
的几何意义是点(x ,y )与点(0,1)连线l 的斜率k l ,当直线l 过B (1,0)时k l 最小,最小为-1.又直线l 不能与直线x -y =0平行,∴k l <1.综上,k ∈[-1,1).] 例3 解 z =x 2+y 2表示可行域内的点到原点的距离的平方, 结合图形知,原点到点A 的距离最大,原点到直线BC 的距离最小. 故z max =OA 2=13,z min =(
12
)2=12.
跟踪训练3 解
由约束条件
⎩⎨⎧
x -4y +3≤0,3x +5y -25≤0,x ≥1
作出可行域如图阴影部分(含边界)所示.
由⎩⎪⎨⎪⎧ x =1,3x +5y -25=0,
解得A ⎝
⎛⎭⎫1,22
5; 由⎩
⎪⎨⎪⎧
x =1,
x -4y +3=0,解得C (1,1);
由⎩
⎪⎨⎪⎧
x -4y +3=0,3x +5y -25=0,解得B (5,2).
(1)因为z =y x =y -0x -0,所以z 的值即是可行域中的点与原点O 连线的斜率.观察图形可知z min
=k OB =2
5
.
(2)z =x 2+y 2的几何意义是可行域上的点到原点O 的距离的平方.结合图形可知,可行域上的点到原点的距离中,d min =OC =2,d max =OB =29, 即2≤z ≤29.
(3)z =x 2+y 2+6x -4y +13=(x +3)2+(y -2)2的几何意义是可行域上的点到点(-3,2)的距离的平方.结合图形可知,可行域上的点到点(-3,2)的距离中, d min =1-(-3)=4,d max =(-3-5)2+(2-2)2=8.
所以16≤z ≤64. 当堂训练
1.D 2.116 3.3 4.12。