線性規(guī)劃問題是高中數(shù)學(xué)“不等式”中的一小部分,在高考試卷中屢屢出現(xiàn)。近年來,為了提高試題考查效能,其題型更加靈活,不僅引入了參數(shù),而且呈現(xiàn)出與其他知識(shí)有機(jī)融合的趨勢。如何設(shè)計(jì)“線性規(guī)劃問題”的復(fù)習(xí),是擺在高三教師面前的小課題。筆者認(rèn)為,教師應(yīng)在理解數(shù)學(xué)、理解學(xué)生的基礎(chǔ)上構(gòu)建復(fù)習(xí)主線,呈現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的、層層遞進(jìn)的例題,幫助學(xué)生在復(fù)習(xí)“線性規(guī)劃”知識(shí)過程中,領(lǐng)悟思考方法,增強(qiáng)解決問題的能力,提升高三復(fù)習(xí)效率。
一、淺入:用基本題,夯實(shí)基礎(chǔ)
解決線性規(guī)劃問題的基本思路是“畫圖—平移—代值解答”,其中規(guī)范作圖是基礎(chǔ)。
1.僅涉及區(qū)域問題
例1不等式組2x+y-6≤0
x+y-3≥0
x≥0表示的平面區(qū)域的面積為( )
A.9 B.4 C. D.無窮大
解析:作可行域得△ABC,面積為。選(C)。
點(diǎn)評:可行域是線性規(guī)劃問題的重點(diǎn)之一,確定可行域的基本方法:直線定界(注意虛實(shí)),特殊點(diǎn)定域。規(guī)范的作圖是基礎(chǔ)。通過例1的呈現(xiàn),實(shí)現(xiàn)“淺入”目的,有助于夯實(shí)基礎(chǔ),為后續(xù)提升做準(zhǔn)備。
2.目標(biāo)函數(shù)是線性的
例2(2014·天津)設(shè)變量x,y滿足約束條件x+y-2≥0,
x-y-2≤0,
y≥1,則目標(biāo)函數(shù)z=x+2y的最小值為( )。
A.2 B.3 C.4 D.5
解析:作出平面區(qū)域。當(dāng)z=x+2y經(jīng)過A(1,1)時(shí),得最小值3。選(B)
點(diǎn)評:根據(jù)線性約束條件求線性目標(biāo)函數(shù)z=ax+by(b≠0)的最值問題是最常見的。其解決要點(diǎn):(1)畫出可行域;(2)將線性目標(biāo)函數(shù)化為斜截式y(tǒng)=-x+(b≠0),找到z與縱截距的關(guān)系,當(dāng)b>0時(shí),縱截距越大,z越大;當(dāng)b<0時(shí),則相反。
二、遞進(jìn):引入?yún)?shù),推進(jìn)探究
1.約束條件含參數(shù)
例3(2014 湖南)若變量x,y滿足約束條件y≤x,
x+y≤4,
y≥k,且z=2x+y的最小值為-6,則k=_____。
解析:先作出由y≤x,
x+y≤4,≤確定的區(qū)域,再作出直線2x+y=-6,它與陰影區(qū)域的邊界交于點(diǎn)A(-2,-2),所以直線y=k必過點(diǎn)A,最后確定可行域,再檢驗(yàn)。故k=-2。
點(diǎn)評:當(dāng)線性目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解已知,求約束條件中的參數(shù)時(shí),可行域往往未完全確定,解題時(shí)需充分結(jié)合最優(yōu)解的信息,通過逆向思維,確定完整可行域。
2.目標(biāo)函數(shù)含參數(shù)
例4(2014·浙江)當(dāng)實(shí)數(shù)x,y滿足x+y-4≥0,
x-y-1≤0,
y≥1,時(shí),1≤ax+y≤4恒成立,則實(shí)數(shù)a的取值范圍是______。
解析:作出可行域,將目標(biāo)函數(shù)z=ax+y化為y=-ax+z,其中-a表示直線斜率,此時(shí)通過它與約束條件中的直線斜率比較大小,進(jìn)行分類討論,知目標(biāo)函數(shù)最小值在A(1,0)在取得,故a≥1,最大值在B(2,1)取得,故2a+1≤4,綜上1≤a≤。
此題的另一種解法是將可行域的三個(gè)頂點(diǎn)A(1,0),B(2,1),C(1,)的坐標(biāo)均代入1≤ax+y≤4,可得1≤a≤。
點(diǎn)評:當(dāng)目標(biāo)函數(shù)中含參數(shù)時(shí),通常需充分認(rèn)識(shí)參數(shù)在式子中的意義,必要時(shí)進(jìn)行分類討論。但有時(shí)可以借助特殊點(diǎn)、極端狀態(tài)等有效解題。上述解法二中用到了一個(gè)重要的結(jié)論:當(dāng)可行域是封閉圖形,且目標(biāo)函數(shù)為線性時(shí),其最值必在頂點(diǎn)取得。
三、深出:有機(jī)融合,促進(jìn)遷移
例5(2013溫州一模)設(shè)點(diǎn)A(1,-1),B(0,1)若直線ax+by=1與線段AB(包括端點(diǎn))有公共點(diǎn),則a2+b2的最小值為( )。
A. B. C. D.1
解析:由題知A、B在直線的兩側(cè)或直線上,即(a-b-1)(b-1)≤0,作出可行域,注意到a2+b2可視為該可行域內(nèi)的點(diǎn)與原點(diǎn)的距離平方,由圖知,a2+b2的最小值為,選(C)。
點(diǎn)評:此題有其他解法,此處僅用可行域思想加以解決,顯得新穎獨(dú)到。