人教版高中数学必修五同课异构课件:3.3.2 简单的线性规划问题 .1 探究导学课型 .ppt
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1、3.3.2 简单的线性规划问题 第1课时 简单的线性规划问题 1.1.了解约束条件、目标函数、可行解、可行域、最优解等基本了解约束条件、目标函数、可行解、可行域、最优解等基本 概念概念. . 2.2.了解线性规划的意义了解线性规划的意义. . 3.3.会用图解法求线性目标函数的最大值、最小值会用图解法求线性目标函数的最大值、最小值. . 线性规划的基本概念线性规划的基本概念 (1)(1)约束条件:由变量的不等式约束条件:由变量的不等式( (或方程或方程) )组成的组成的_._. (2)(2)线性约束条件:关于线性约束条件:关于x x,y y的的_(_(或方程或方程) )组成的不组成的不 等式组
2、等式组. . (3)(3)目标函数:欲求最大值或最小值的关于变量目标函数:欲求最大值或最小值的关于变量x x,y y的函数解的函数解 析式析式. . 不等式组不等式组 一次不等式一次不等式 (4)(4)线性目标函数:关于变量线性目标函数:关于变量x x,y y的的_._. (5)(5)可行解:满足可行解:满足_的解的解(x(x,y).y). (6)(6)可行域:所有可行域:所有_组成的集合组成的集合. . (7)(7)最优解:使目标函数取得最优解:使目标函数取得_的可行解的可行解. . (8)(8)线性规划问题:在线性约束条件下,求线性目标函数的线性规划问题:在线性约束条件下,求线性目标函数的
3、 _问题问题. . 一次解析式一次解析式 线性约束条件线性约束条件 可行解可行解 最大值或最小值最大值或最小值 最大值或最小值最大值或最小值 1.1.若实数若实数x x,y y满足满足 则则S=2x+yS=2x+y- -1 1的最大值是的最大值是 . . 【解析解析】可行域为如图所示的阴影部分,可行域为如图所示的阴影部分, 当可行解为当可行解为A(2A(2,3)3)时,时,S Smax max=6. =6. 答案:答案:6 6 x2 y3 xy1 , , , 2.2.已知实数已知实数x x,y y满足满足 则目标函数则目标函数z=xz=x- -2y2y的最小值的最小值 是是 . . 【解析解析
4、】如图,作出的阴影部分为可行域,如图,作出的阴影部分为可行域, 由由 得得 即即A(3A(3,6)6),经过分析可知直线,经过分析可知直线z=xz=x- -2y2y经过经过 A A点时点时z z取最小值取最小值- -9.9. 答案:答案:- -9 9 y2x y2x x3 , , , y2x x3 ,x3 y6 , , 3.3.满足满足 的平面区域图形为的平面区域图形为 . . 【解析解析】作出不等式组表示的平面区域,如图所示,作出不等式组表示的平面区域,如图所示, 由由x=1x=1平行于平行于y y轴而轴而x x- -2y=2y=- -1 1与与x x轴不平轴不平 行,知四边形行,知四边形A
5、BCDABCD为梯形为梯形. . 答案:答案:梯形梯形 0x1 0y2 x2y1 , , 一、线性规划问题一、线性规划问题 已知实数已知实数x x,y y满足满足 求求z=2x+yz=2x+y的取值范围的取值范围. .请思考请思考 下面的问题:下面的问题: 探究探究1 1:此题中线性约束条件是:此题中线性约束条件是 ,目标函数是,目标函数是 . . 4xy6 2xy4 , , 提示:提示:线性约束条件是关于变量线性约束条件是关于变量x x,y y的一次不等式组成的不等的一次不等式组成的不等 式组,故此题中的线性约束条件为式组,故此题中的线性约束条件为 目标函数是欲目标函数是欲 求最大值或最小值
6、的关于变量求最大值或最小值的关于变量x x,y y的函数解析式,故此题中的的函数解析式,故此题中的 目标函数为目标函数为z=2x+y.z=2x+y. 答案:答案: z=2x+yz=2x+y 4xy6 2xy4 , ; 4xy6 2xy4 , 探究探究2 2:目标函数:目标函数z=2x+yz=2x+y中中z z的几何意义是什么?的几何意义是什么? 提示:提示:由由z=2x+yz=2x+y,得到,得到y=y=- -2x+z2x+z,该直线的斜率是,该直线的斜率是- -2 2,在,在y y轴上轴上 的截距是的截距是z z,即,即z z为直线在为直线在y y轴上的截距轴上的截距. . 探究探究3 3:
7、如何求函数:如何求函数z=2x+yz=2x+y的取值范围?的取值范围? 提示:提示:作可行域如图阴影部分所示,求作可行域如图阴影部分所示,求 函数函数z=2x+yz=2x+y的取值范围,只需求目标函的取值范围,只需求目标函 数的最大值与最小值,即求直线数的最大值与最小值,即求直线y=y=- -2x+2x+ z z在在y y轴上的截距轴上的截距z z的最大值与最小值,的最大值与最小值, 如图,平移直线如图,平移直线l l,由图可知,当直线经过点,由图可知,当直线经过点A A时,时,z z有最大有最大 值,当直线经过点值,当直线经过点B B时,时,z z有最小值有最小值. .解解 得得A(5A(5
8、, 1)1),所以,所以z zmax max=2 =25+1=115+1=11,解,解 得得B(3B(3,1)1),所以,所以 z zmin min=2 =23+1=7.3+1=7.所以函数所以函数z=2x+yz=2x+y的取值范围是的取值范围是77,11.11. xy6 xy4 , , xy4 xy2 , , 【探究总结探究总结】解线性规划问题的关注点解线性规划问题的关注点 (1)(1)先确定线性约束条件及目标函数先确定线性约束条件及目标函数. . (2)(2)要确定目标函数的几何意义要确定目标函数的几何意义. . (3)(3)在求解目标函数的最值时,平移直线要做到规范、准确在求解目标函数的
9、最值时,平移直线要做到规范、准确. . (4)(4)求目标函数的取值范围,一般不利用不等式的性质对二元求目标函数的取值范围,一般不利用不等式的性质对二元 一次不等式进行变形,因为这样会扩大变量的取值范围一次不等式进行变形,因为这样会扩大变量的取值范围. . 【拓展延伸拓展延伸】确定线性规划问题中最优解的方法确定线性规划问题中最优解的方法 线性目标函数线性目标函数z=Ax+By+C(Az=Ax+By+C(A,B B不全为不全为0)0)中,当中,当B0B0时,时, 这样线性目标函数可看成斜率为这样线性目标函数可看成斜率为 在在y y轴上轴上 的截距为的截距为 且随且随z z变化的一族平行线,则把求
10、变化的一族平行线,则把求z z的最大值或的最大值或 最小值的问题转化为直线与可行域有公共点时,直线在最小值的问题转化为直线与可行域有公共点时,直线在y y轴上轴上 的截距的最大值或最小值的问题的截距的最大值或最小值的问题. .因此只需先作出直线因此只需先作出直线y=y= 再平行移动这条直线,最先通过或最后通过的可行域的顶点就再平行移动这条直线,最先通过或最后通过的可行域的顶点就 是最优解是最优解. . AzC yx BB , A B , zC B , A x B , 二、非线性规划问题二、非线性规划问题 探究探究1 1:式子:式子x x2 2+y+y2 2表示的几何意义是什么?式子表示的几何意
11、义是什么?式子(x(x- -a)a)2 2+(y+(y- -b)b)2 2 呢?呢? 提示:提示:x x2 2+y+y2 2可以看成可以看成 所以所以x x2 2+y+y2 2表示原点表示原点 与可行域内的点与可行域内的点(x(x,y)y)两点间距离的平方两点间距离的平方. .式子式子(x(x- -a)a)2 2+(y+(y- - b)b)2 2,可以看成,可以看成 所以所以(x(x- -a)a)2 2+(y+(y- -b)b)2 2的几何的几何 意义是点意义是点(a(a,b)b)与可行域内的点与可行域内的点(x(x,y)y)两点间距离的平方两点间距离的平方. . 222 ( (x0)(y 0
12、) ), 222 ( (xa)(yb) ), 探究探究2 2:式子:式子 表示的几何意义是什么?表示的几何意义是什么? 提示:提示: 表示点表示点(a(a,b)b)与可行域内的点与可行域内的点(x(x,y)y)两点连线的两点连线的 斜率斜率. . yb xa yb xa 【探究总结探究总结】求非线性目标函数最值的关键求非线性目标函数最值的关键 求非线性目标函数最值的关键是弄清目标函数的几何意义,求非线性目标函数最值的关键是弄清目标函数的几何意义, 然后画出可行域,运用数形结合的方法求其最值然后画出可行域,运用数形结合的方法求其最值. . 类型一类型一 求线性目标函数的最值求线性目标函数的最值
13、1.(20131.(2013新课标全国卷新课标全国卷)设设x x,y y满足约束条件满足约束条件 则则z=2xz=2x- -3y3y的最小值是的最小值是( ( ) ) A.A.- -7 B.7 B.- -6 6 C.C.- -5 5 D.D.- -3 3 2.(20142.(2014浙江高考浙江高考) )若实数若实数x x,y y满足满足 则则x+yx+y的取的取 值范围是值范围是 . . xy 10 xy 10 x3 , , , x2y40 xy 10 x1 , , , 【解题指南解题指南】1.1.结合线性约束条件,画出可行域,将目标函数结合线性约束条件,画出可行域,将目标函数 平移得最小值
14、平移得最小值. . 2.2.根据约束条件画出可行域,平移目标函数求最大、最小值,根据约束条件画出可行域,平移目标函数求最大、最小值, 即得即得x+yx+y的范围的范围. . 【自主解答自主解答】1.1.选选B.B.由由z=2xz=2x- -3y3y,得,得3y=2x3y=2x- -z z,即,即y= y= 作出可行域如图所示,平移直线作出可行域如图所示,平移直线y= y= 由图象可知当直线由图象可知当直线y= y= 经过点经过点B B时,时, 直线直线y= y= 在在y y轴上的截距最大,此轴上的截距最大,此 时时z z取得最小值取得最小值. .解方程组解方程组 得得 即即B(3B(3,4)4
15、),代入直线,代入直线z=2xz=2x- -3y3y, 得得z zmin min=3 =32 2- -3 34=4=- -6 6,故选,故选B.B. 2z x. 33 2 x 3 , 2z x 33 2z x 33 xy 10 x3 , x3 y4 , , 2.2.作出不等式组作出不等式组 所表示的区域,如图所示:所表示的区域,如图所示: 令令z=x+yz=x+y,解方程组,解方程组 得得C(2C(2,1)1), 解方程组解方程组 得得B(1B(1,0).0). 平移直线平移直线z=x+yz=x+y,经过点,经过点C C使得使得z z取最大值,即取最大值,即z zmax max=2+1=3 =
16、2+1=3, x2y40 xy 10 x1 , , x2y40 xy 10 , , xy 10 x1 , , 当直线当直线z=x+yz=x+y经过点经过点B B时,时,z z取最小值,取最小值, 即即z zmin min=1+0=1 =1+0=1, 所以所以x+yx+y的取值范围是的取值范围是11,3.3. 答案:答案:11,33 【延伸探究延伸探究】在题在题1 1中,求中,求z=2xz=2x- -3y3y的最大值的最大值. . 【解析解析】由可行域可知当直线由可行域可知当直线y= y= 经过经过C C点时,直线点时,直线y=y= 在在y y轴上的截距最小,此时轴上的截距最小,此时z z取得最
17、大值取得最大值. .解方程组解方程组 得得 即即C(3C(3,- -2)2),代入直线,代入直线z=2xz=2x- -3y3y, 得得z zmax max=3 =32 2- -3 3( (- -2)=12.2)=12. xy 10 x3 , x3 y2 , , 2z x 33 2z x 33 【规律总结规律总结】解线性规划问题的四个步骤解线性规划问题的四个步骤 (1)(1)画:画出线性约束条件所表示的可行域画:画出线性约束条件所表示的可行域. . (2)(2)移:在线性目标函数所表示的一组平行线中,用平移的方移:在线性目标函数所表示的一组平行线中,用平移的方 法找出与可行域有公共点且纵截距最大
18、或最小的直线法找出与可行域有公共点且纵截距最大或最小的直线. . (3)(3)求:通过解方程组求出最优解求:通过解方程组求出最优解. . (4)(4)答:根据所求得的最优解得出答案答:根据所求得的最优解得出答案. . 类型二类型二 求非线性目标函数的最值求非线性目标函数的最值 1.(20131.(2013山东高考山东高考) )在平面直角坐标系在平面直角坐标系xOyxOy中,中,M M为不等式组为不等式组 所表示的区域上一动点,则直线所表示的区域上一动点,则直线OMOM斜率的最小斜率的最小 值为值为( ( ) ) A.2 B.1 C. D. A.2 B.1 C. D. 2xy 20 x2y 10
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