线性规划的常见题型及其解法复习教案
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线性规划的常见题型及其解法
线性规划问题是高考的重点,而线性规划问题具有代数和几何的双重形式,多与函数、平面向量、数列、三角、概率、解析几何等问题交叉渗透,自然地融合在一起,使数学问题的解答变得更加新颖别致.
归纳起来常见的命题探究角度有:
1.求线性目标函数的最值.
2.求非线性目标函数的最值.
3.求线性规划中的参数.
4.线性规划的实际应用.
本节主要讲解线性规划的常见基础类题型.
【母题一】已知变量x,y满足约束条件x+y≥3,x-y≥-1,2x-y≤3,则目标函数z=2x+3y的取值范围为( )
A.[7,23] B.[8,23]
C.[7,8] D.[7,25]
求这类目标函数的最值常将函数z=ax+by转化为直线的斜截式:y=-abx+zb,通过求直线的截距zb的最值,间接求出z的最值.
【解析】画出不等式组x+y≥3,x-y≥-1,2x-y≤3,表示的平面区域如图中阴影部分所示,
由目标函数z=2x+3y得y=-23x+z3,平移直线y=-23x知在点B处目标函数取到最小值,解方程组x+y=3,2x-y=3,得x=2,y=1,所以B(2,1),zmin=2×2+3×1=7,在点A处目标函数取到最大值,解方程组x-y=-1,2x-y=3,得x=4,y=5,所以A(4,5),zmax=2×4+3×5=23.
【答案】A
【母题二】变量x,y满足x-4y+3≤0,3x+5y-25≤0,x≥1,
(1)设z=y2x-1,求z的最小值;
(2)设z=x2+y2,求z的取值范围;
(3)设z=x2+y2+6x-4y+13,求z的取值范围.
点(x,y)在不等式组表示的平面区域内,y2x-1=12•y-0x-12表示点(x,y)和12,0连线的斜率;x2+y2表示点(x,y)和原点距离的平方;x2+y2+6x-4y+13=(x+3)2+(y-2)2表示点(x,y)和点(-3,2)的距离的平方.
【解析】(1)由约束条件x-4y+3≤0,3x+5y-25≤0,x≥1,作出(x,y)的可行域如图所示.
由x=1,3x+5y-25=0,解得A1,225.
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).
∵z=y2x-1=y-0x-12×12
∴z的值即是可行域中的点与12,0连线的斜率,观察图形可知zmin=2-05-12×12=29.
(2)z=x2+y2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,
dmin=|OC|=2,dmax=|OB|=29.
∴2≤z≤29.
(3)z=x2+y2+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(-3,2)的距离中,
dmin=1-(-3)=4,
dmax=-3-52+2-22=8
∴16≤z≤64.
1.求目标函数的最值的一般步骤为:一画二移三求.其关键是准确作出可行域,理解目标函数的意义.
2.常见的目标函数有:
(1)截距型:形如z=ax+by.
求这类目标函数的最值常将函数z=ax+by转化为直线的斜截式:y=-abx+zb,通过求直线的截距zb的最值,间接求出z的最值.
(2)距离型:形一:如z=(x-a)2+(y-b)2,z=x2+y2+Dx+Ey+F,此类目标函数常转化为点(x,y)与定点的距离;
形二:z=(x-a)2+(y-b)2,z=x2+y2+Dx+Ey+F,此类目标函数常转化为点(x,y)与定点的距离的平方.
(3)斜率型:形如z=yx,z=ay-bcx-d,z=ycx-d,z=ay-bx,此类目标函数常转化为点(x,y)与定点所在直线的斜率.
【提醒】 注意转化的等价性及几何意义.
角度一:求线性目标函数的最值
1.(2014•新课标全国Ⅱ卷)设x,y满足约束条件x+y-7≤0,x-3y+1≤0,3x-y-5≥0,则z=2x-y的最大值为( )
A.10 B.8
C.3 D.2
【解析】作出可行域如图中阴影部分所示,
由z=2x-y得y=2x-z,作出直线y=2x,平移使之经过可行域,观察可知,当直线经过点A(5,2)时,对应的z值最大.故zmax=2×5-2=8.
【答案】B
2.(2015•高考天津卷)设变量x,y满足约束条件x+2≥0,x-y+3≥0,2x+y-3≤0,则目标函数z=x+6y的最大值为( )
A.3 B.4
C.18 D.40
【解析】作出约束条件对应的平面区域如图所示 ,当目标函数经过点(0,3)时,z取得最大值18.
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