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1. 求给定可行域的最优解
图解法做题的一般步骤:画、移、求、答. 即画出线性约束条件所表示的可行域;在目标函数所表示的一组平行线中,利用平移的方法找出与可行域有公共点且纵截距最大、最小的直线;根据观察的结论,先求区域内特殊点的坐标,再求出最优解,作出答案.
例1 已知[x、y]满足约束条件[10y+3x-10≤0,12x+5y-12≤0,x≥0,0≤y≤1.]
(1)求[z=-x-y] 最小值;
(2)求[z=-310x-y]最小值;
(3)求[z=-110x-y]的最小值;
(4)求[z=-3x-y]最小值.
解 画出不等式组表示的可行域,如图所示.
[④] [①][③]
作直线[L]:[-x-y=0],即[x+y=0],平移直线[L],从右图中可知,当直线过C点时,目标函数取得最小值,联立[12x+5y-12=0,10y+3x-10=0,]解得[x=23,y=45].
[∴]C点坐标为[23,45].
[∴zmin=-23-45=-2215].
(2)当[L]与直线[AC]重合时,满足题意. 即[zmin=-2215],此时有无穷多个最优解.
(3)当[L]过[B](0,1)时,[zmin=-0-1=-1]
(4)当[L]过[A](1,0)时,[zmin=-3].
点拨 本题的可行域为封闭区域,因此还可分别将[A、B、C]三点代入目标函数中检验,得出最优解.
2. 给出可行域的最优解,求参数的范围
例2 已知[x、y]满足约束条件[10y+3y-10≤0,12x+5y-12≤0,x≥0,0≤y≤1,] 目标函数为[z=ax-y],若当且仅当[x=23,y=45]时,目标函数[z]取最小值,则求[a]的取范围.
解 画出可行域如例1中所示,结合例1中①③④的分析知,当[a]的取值范围为[kAC,kBC]时,[z]仅在点[23,45]处取得最小值. 即[a∈-125,-310].
3. 简单线性规划的实际应用
线性规划在日常生活、生产中有着广泛的应用. 通过数学建模法将实际问题化成线性规划问题;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. 解决实际应用问题的一般步骤:设立所求未知数→建立目标函数→列出约束条件→作出可行域→运用图解法→求出最优解。
例3 某人有楼房一幢,室内面积共计[180m2],拟分割成两类房间作为旅游客房. 大房间每间面积[18m2],可住游客5名,每名游客每天住宿费40元;小房间每间面积[15m2],可以住游客3名,每名游客每天住宿费为50元;装修大房间每间需要1000元,装修小房间每间需要600元. 如果他只能筹款8000元用于装修,且游客能住满客房,他隔出大房间和小房间各多少间,能获得最大收益?
分析 将已知数据列成下表:
[房间类型&面积[cm2]/间&人数/间&每天住宿
费(元)/人&装修费
(元)/间&大房间&18&5&40&1000&小房间&15&3&50&600&]
设大房间和小房间的数目分别为[x、y],列出线性约束条件和目标函数,然后求目标函数的最大值.
解 设隔出大房间[x]间、小房间[y]间时收益为[z]元,则[x、y]满足[18x+15y≤180,1000x+600y≤8000,x,y∈z,x≥0,y≥0,]
且[z=200x+150y]. 所以[6x+5y≤60,5x+3y≤40,x,y∈z,x≥0,y≥0.]
可行域为如下图阴影(含边界)中的整点.
作直线[l]:[200x+150y=0],即直线[l]:[4x+3y=0]. 把直线[l]向右上方平移至[l1]的位置时,直线经过可行域上的一点[B],且与原点距离最大,此时,[z=200x+150y]取得最大值.
解方程组[6x+5y=60,5x+3y=40,]
得点[B]的坐标为[207,607].
由于点[B]的坐标不是整数,而最优解[x,y]中[x、y]必须都是整数,所以,可行域内点[B207,607]不是最优解. 可以验证,要求经过可行域内的整点,且使[z=200x+150y]取得最大值,经过的整点是(0,12)和(3,8). 此时[z]取得最大值1800元.
所以,隔出小房间12间,或大房间3间、小房间8间,可以获得最大收益.
点拨 (1)解决此类问题的关键是将问题的文字语言转换成数学语言,本题通过表格将数据进行整理,使问题难度大大降低. (2)求整点最优解的方法称为“局部微调法”,此法的优点是思路清晰、操作简单、便于掌握. 用“局部微调法”求整点最优解的关键是“微调”,其步骤可用以下十二字概括:微调整、求交点、取范围、找整解.
4. 非线性目标函数的最优解问题
求非线性目标函数的最优解问题时,先要注意分析目标函数所表示的几何意义,再分析可行域的顶点或边界,从而找到最优解.
例4 已知[x,y]满足条件:[x-y+5≥0,x+y-5≥0,y≥2.]
求:(1)[z1=yx+1]的最大值;
(2)[z2=x2+y2]的最小值.
解 不等式组表示的平面区域如图所示:
(1)[z1]表示平面区域点[x,y]到定点[P-1,0]的连线的斜率. 结合不等式组表示的区域,不难看出,在[B]处[z1]取得最大值.
[z1max=5-00--1=5].
(2)[z2]为平角区域点[x,y]到原点(0,0)的距离的平方,作[ON⊥lAC于N.]
则[z2min=ON2=-522=252].
图解法做题的一般步骤:画、移、求、答. 即画出线性约束条件所表示的可行域;在目标函数所表示的一组平行线中,利用平移的方法找出与可行域有公共点且纵截距最大、最小的直线;根据观察的结论,先求区域内特殊点的坐标,再求出最优解,作出答案.
例1 已知[x、y]满足约束条件[10y+3x-10≤0,12x+5y-12≤0,x≥0,0≤y≤1.]
(1)求[z=-x-y] 最小值;
(2)求[z=-310x-y]最小值;
(3)求[z=-110x-y]的最小值;
(4)求[z=-3x-y]最小值.
解 画出不等式组表示的可行域,如图所示.
[④] [①][③]
作直线[L]:[-x-y=0],即[x+y=0],平移直线[L],从右图中可知,当直线过C点时,目标函数取得最小值,联立[12x+5y-12=0,10y+3x-10=0,]解得[x=23,y=45].
[∴]C点坐标为[23,45].
[∴zmin=-23-45=-2215].
(2)当[L]与直线[AC]重合时,满足题意. 即[zmin=-2215],此时有无穷多个最优解.
(3)当[L]过[B](0,1)时,[zmin=-0-1=-1]
(4)当[L]过[A](1,0)时,[zmin=-3].
点拨 本题的可行域为封闭区域,因此还可分别将[A、B、C]三点代入目标函数中检验,得出最优解.
2. 给出可行域的最优解,求参数的范围
例2 已知[x、y]满足约束条件[10y+3y-10≤0,12x+5y-12≤0,x≥0,0≤y≤1,] 目标函数为[z=ax-y],若当且仅当[x=23,y=45]时,目标函数[z]取最小值,则求[a]的取范围.
解 画出可行域如例1中所示,结合例1中①③④的分析知,当[a]的取值范围为[kAC,kBC]时,[z]仅在点[23,45]处取得最小值. 即[a∈-125,-310].
3. 简单线性规划的实际应用
线性规划在日常生活、生产中有着广泛的应用. 通过数学建模法将实际问题化成线性规划问题;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. 解决实际应用问题的一般步骤:设立所求未知数→建立目标函数→列出约束条件→作出可行域→运用图解法→求出最优解。
例3 某人有楼房一幢,室内面积共计[180m2],拟分割成两类房间作为旅游客房. 大房间每间面积[18m2],可住游客5名,每名游客每天住宿费40元;小房间每间面积[15m2],可以住游客3名,每名游客每天住宿费为50元;装修大房间每间需要1000元,装修小房间每间需要600元. 如果他只能筹款8000元用于装修,且游客能住满客房,他隔出大房间和小房间各多少间,能获得最大收益?
分析 将已知数据列成下表:
[房间类型&面积[cm2]/间&人数/间&每天住宿
费(元)/人&装修费
(元)/间&大房间&18&5&40&1000&小房间&15&3&50&600&]
设大房间和小房间的数目分别为[x、y],列出线性约束条件和目标函数,然后求目标函数的最大值.
解 设隔出大房间[x]间、小房间[y]间时收益为[z]元,则[x、y]满足[18x+15y≤180,1000x+600y≤8000,x,y∈z,x≥0,y≥0,]
且[z=200x+150y]. 所以[6x+5y≤60,5x+3y≤40,x,y∈z,x≥0,y≥0.]
可行域为如下图阴影(含边界)中的整点.
作直线[l]:[200x+150y=0],即直线[l]:[4x+3y=0]. 把直线[l]向右上方平移至[l1]的位置时,直线经过可行域上的一点[B],且与原点距离最大,此时,[z=200x+150y]取得最大值.
解方程组[6x+5y=60,5x+3y=40,]
得点[B]的坐标为[207,607].
由于点[B]的坐标不是整数,而最优解[x,y]中[x、y]必须都是整数,所以,可行域内点[B207,607]不是最优解. 可以验证,要求经过可行域内的整点,且使[z=200x+150y]取得最大值,经过的整点是(0,12)和(3,8). 此时[z]取得最大值1800元.
所以,隔出小房间12间,或大房间3间、小房间8间,可以获得最大收益.
点拨 (1)解决此类问题的关键是将问题的文字语言转换成数学语言,本题通过表格将数据进行整理,使问题难度大大降低. (2)求整点最优解的方法称为“局部微调法”,此法的优点是思路清晰、操作简单、便于掌握. 用“局部微调法”求整点最优解的关键是“微调”,其步骤可用以下十二字概括:微调整、求交点、取范围、找整解.
4. 非线性目标函数的最优解问题
求非线性目标函数的最优解问题时,先要注意分析目标函数所表示的几何意义,再分析可行域的顶点或边界,从而找到最优解.
例4 已知[x,y]满足条件:[x-y+5≥0,x+y-5≥0,y≥2.]
求:(1)[z1=yx+1]的最大值;
(2)[z2=x2+y2]的最小值.
解 不等式组表示的平面区域如图所示:
(1)[z1]表示平面区域点[x,y]到定点[P-1,0]的连线的斜率. 结合不等式组表示的区域,不难看出,在[B]处[z1]取得最大值.
[z1max=5-00--1=5].
(2)[z2]为平角区域点[x,y]到原点(0,0)的距离的平方,作[ON⊥lAC于N.]
则[z2min=ON2=-522=252].