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論線性規劃在求解最值中的應用

時間:2022-10-21 17:00:02 來源:網友投稿

在高中數學的學習過程中,求解最值是一大重點和難點,也是每年高考的一大熱點,題型和方法多種多樣。而利用線性規劃求解最值也是我們常運用的一種較簡單的手段,它需要學生建立數形結合,轉化與化歸的思想,而且還能體現學生的綜合分析能力,邏輯思維能力以及解決實際問題的能力,故本文就對利用線性規劃求解最值問題進行淺析。

(題型一)求與目標函數有關的最值問題:

當目標函數的關系式如()時,可把目標函數變形為

,則目標函數表示斜率為,上的截距為的直線l,然后通過平移尋找最優解.一般步驟如下:(1)作出可行域;(2)平移目標函數的直線系,根據截距求出最優解.

例1. 已知實數x、y滿足 則求目標函數z=x-2y的最小值. 【解析】畫出滿足不等式組的可行域如下圖:

目標函數化為:-z,畫直線及其平行線,可知當此直線經過點A時,-z的值最大,z的值最小,解方程組得到A點的坐標為(3,6),所以,z的最小值為:3-2×6=-9。

(題型二)求比值的最值問題:

當目標函數形如時,可把z看作是動點與定點連線的斜率,這樣目標函數的最值就轉化為連線斜率的最值。

例2 設實數滿足,則求的最大值.

【解析】畫出不等式組所確定的平面區域如下圖,

表示兩點確定的直線的斜率,要求z的最大值,即求可行域內的點與原點連線的斜率的最大值.由上圖可以看出直線的斜率最大,故為與的交點,即A點.

∴.故的最大值為.

(題型三)求與距離有關的最值問題:

當目標函數形如時,可把z看作是定點與動點距離的平方,這樣目標函數的最值就轉化為距離平方的最值。

例3.已知,求的最小值.

【解析】作出可行域如下圖:

并求出頂點的坐標,而表示定點到可行域內任一點的距離的平方,過定點作直線的垂線,易知垂足在線段上,故z的最小值是.

(題型四)求與截距有關的最值問題:

例4.不等式組表示的平面區域面積為81,求的最小值.

【解析】由可行域的面積為81求出,作出可行域如下圖:

令,則此式變形為,z可看作是動拋物線在y軸上的截距,當此拋物線與相切時z最小,故聯立方程組,得到方程,,得到答案。

利用線性規劃思想去理解高中數學中一些求最值問題,實際上是對數形結合思想的提升,是從一個新的角度對求最值問題的理解,對于學生最優化思想的形成是非常有益的。

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