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线性规划问题的三个方面

2018-07-17王军红

数学学习与研究 2018年13期
关键词:过点作图整数

◎王军红

(西安市远东第一中学,陕西 西安 710000)

线性规划知识自进入中学数学教材以来,就受到了高考命题专家、数学研究者和广大的中学数学教师的青睐.线性规划习题取材广泛、形式灵活、背景新颖,恰当地融数的分析于形的直观推理之中,成为命制高考试题的新阵地.要充分学好线性规划内容,作为一名高中数学教师,我通过近几年的教学实践,特别是新课改下的教学实践,觉得要掌握好线性规划知识及其应用、提升解题能力,需要从以下几个方面努力.

一、注重程序,实现解题模式的格式化

在中学数学教学中“注重通性通法,淡化特殊技巧”是高考早已提出的要求.线性规划问题的基本解题思路是“画图→平移求点→代值解答”.其中,规范作图是准确解答的基础.不仅要规范地作出可行域,还要能准确体现出线性目标函数与可行域边界在倾斜程度上的差异.举例如下.

图1

点评用线性规划求最值是数形结合的一个重要方面,它使众多变量汇聚的代数问题变得直观、简捷,而规范的作图则是成功求解的基础.线性规划的这一基本应用程序要让学生形成熟练的解题模式.

图2

点评处理线性规划整数解问题的基本思路是:若顶点恰为整数,则它就是最优解;若不是整数点,应先求出该点坐标,并计算目标函数z的值,而后在可行域内适当放缩目标函数的值,使其为整数且距离z最近,依次找点求最值.

读者不妨练习:某实验室需购买某种化工原料106 kg.现在市场上该原料有两种包装,一种是每袋35 kg,价格是140元;一种是每袋24 kg,价格是120元.在满足需要的前提下,最少要花费多少元?

二、挖掘潜力,提升应用能力

可行域是线性规划问题研究的重点,确定可行域的基本方法是:直线定界,特点定域.确定区域时遵循:同侧同号,异侧异号.

例3已知直线l过点P(-1,2)且与以A(-2,-3),B(3,0)为端点的线段有公共点,求直线l的斜率k的取值范围.

图3

解析(当然此题有多种不同的解法,这里仅用可行域的思想求解)设直线l的方程为y-2=k(x+1),令f(x,y)=kx-y+k+2,A,B不落在l的同侧,又l可过A,B两点,所以f(-2,-3)·f(3,0)≤0,

点评当然本题的解答有多种方法,而且此法并非最简.但从利用可行域的思想可以看出,上述解法新颖独特,别具一格,而且很好地回避了k的正负分类讨论.

类似地练习:若直线l1:y=kx+2与l2:y=-2x+4的交点在第一象限内,求k的取值范围.

三、发散思维,拓展应用层次

线性目标函数具有明显的几何意义,学习时要充分挖掘目标函数的几何意义,常见的目标函数有以下几种类型:

(2)距离型z=(x-a)2+(y-b)2,即z的几何意义为可行域内的动点(x,y)与定点(a,b)的距离的平方;

解析设f(x)=x2+ax+2b,由方程x2+ax+2b=0的一个根在(0,1)内,另一根在(1,2)内可知

图4

设P(a,b)为上述不等式组所确定的可行域(如图4所示阴影部分)内的任一动点,A(-1,0),B(-2,0),C(3,0).

又BD2=13,而DA2=8,DC2=17,

∴(a-1)2+(b-2)2的取值范围是(8,17).

(3)令z=a+b-3,结合图形可知,当l:a+b-3=0平移分别过点A,B时,z值分别取最大值、最小值,依次为-4,-5,∴z=a+b-3的取值范围为(-5,-4).

实践表明,充分重视以上三个方面的学习与练习,能促进学生对线性规划的理解以及应用能力的提升.

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