高中數(shù)學(xué) 34 第3課時簡單線性規(guī)劃的應(yīng)用同步導(dǎo)學(xué)案 北師大版必修5.doc

第3課時簡單線性規(guī)劃的應(yīng)用知能目標(biāo)解讀1.能從實(shí)際情境中抽象出一些簡單的二元線性規(guī)劃問題.2.能利用簡單線性規(guī)劃知識解決實(shí)際問題.重點(diǎn)難點(diǎn)點(diǎn)撥重點(diǎn)：1.準(zhǔn)確理解題意，由線性約束條件列出不等式，找出目標(biāo)函數(shù).2.數(shù)形結(jié)合找出最優(yōu)解的存在位置，特別是整數(shù)最優(yōu)解問題.難點(diǎn)：最優(yōu)解存在位置的探求和整點(diǎn)最優(yōu)解的找法.學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)1.列線性規(guī)劃問題中的線性約束條件不等式時，要準(zhǔn)確理解題意，特別是“至多”、“至少”“不超過”等反映“不等關(guān)系”的詞語.還要注意隱含的限制條件，如x、y是正數(shù).x、y是正整數(shù)等等.有時候把約束條件用圖示法或列表表示，便于準(zhǔn)確的寫出不等式組.2.線性規(guī)劃的應(yīng)用：線性規(guī)劃也是求值的一種，是求在某種限制范圍之下的最大值或最小值的問題，其關(guān)鍵是列出這些限制條件，不能有遺漏的部分，如有時變量要求為正實(shí)數(shù)或自然數(shù).其次是準(zhǔn)確找到目標(biāo)函數(shù)，如果數(shù)量關(guān)系多而雜，可以用列表等方法把關(guān)系理清.應(yīng)用線性規(guī)劃的方法，一般須具備下列條件：（1）一定要能夠?qū)⒛繕?biāo)表達(dá)為最大或最小化的問題；（2）一定要有達(dá)到目標(biāo)的不同方法，即必須要有不同選擇的可能性存在；（3）所求的目標(biāo)函數(shù)是有約束（限制）條件的；（4）必須將約束條件用數(shù)字表示為線性等式或線性不等式，并將目標(biāo)函數(shù)表示為線性函數(shù).線性規(guī)劃的理論和方法經(jīng)常被應(yīng)用于兩類問題中：一是在人力、物力、資金等資源一定的條件下，如何使用其完成最多的任務(wù)；二是給定一項(xiàng)任務(wù)，如何合理安排和規(guī)劃，能用最少的人力、物力、資金等資源來完成這項(xiàng)任務(wù).3.解線性規(guī)劃應(yīng)用題的步驟：（1）轉(zhuǎn)化設(shè)元，寫出約束條件和目標(biāo)函數(shù)，從而將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)上的線性規(guī)劃問題.(2)求解解這個純數(shù)學(xué)的線性規(guī)劃問題.求解過程：作圖畫出約束條件所確定的平面區(qū)域和目標(biāo)函數(shù)所表示的平面直線系中的任意一條直線l.平移將l平行移動，以確定最優(yōu)解所對應(yīng)的點(diǎn)的位置.求值解有關(guān)方程組求出最優(yōu)解的坐標(biāo)，再代入目標(biāo)函數(shù)，求出目標(biāo)函數(shù)的最值.（3）作答就應(yīng)用題提出的問題作出回答.4.可行域內(nèi)最優(yōu)解為整點(diǎn)的問題的處理用圖解法解線性規(guī)劃題時，求整數(shù)最優(yōu)解是個難點(diǎn)，對作圖精確度要求較高，平行直線系f(x,y)t的斜率要畫準(zhǔn)，可行域內(nèi)的整點(diǎn)要找準(zhǔn).那么如何解決這一實(shí)際問題呢？確定最優(yōu)整數(shù)解常按以下思路進(jìn)行：(1)若可行域的“頂點(diǎn)”處恰好為整點(diǎn)，那么它就是最優(yōu)解（在包括邊界的情況下）；(2)若可行域的“頂點(diǎn)”不是整點(diǎn)或不包括邊界時，一般采用網(wǎng)格法，即先在可行域內(nèi)打網(wǎng)格、描整點(diǎn)、平移直線l、最先經(jīng)過或最后經(jīng)過的整點(diǎn)坐標(biāo)是整數(shù)最優(yōu)解.這種方法依賴作圖，所以作圖應(yīng)盡可能精確，圖上操作盡可能規(guī)范.(3)采用優(yōu)值調(diào)整法，此法的一般步驟為：先求出非整點(diǎn)最優(yōu)解及其相應(yīng)的最優(yōu)值；調(diào)整最優(yōu)值，代入約束條件，解不等式組；根據(jù)不等式組的解篩選出整點(diǎn)最優(yōu)解.知能自主梳理線性規(guī)劃解決的常見問題有問題、問題、問題、問題、問題等.答案物資調(diào)配產(chǎn)品安排合理下料產(chǎn)品配方方案設(shè)計(jì)思路方法技巧命題方向求實(shí)際應(yīng)用問題中的最大值例1某公司計(jì)劃2011年在甲、乙兩個電視臺做總時間不超過300分鐘的廣告，廣告總費(fèi)用不超過9萬元，甲、乙電視臺的廣告收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)分別為500元/分鐘和200元/分鐘.已知甲、乙兩個電視臺為該公司所做的每分鐘廣告能給公司帶來的收益分別為0.3萬元和0.2萬元，問該公司如何分配在甲、乙兩個電視臺的廣告時間，才能使公司的收益最大，最大收益是多少萬元？分析設(shè)出未知數(shù)，列出約束條件，作出可行域，確定最優(yōu)解.解析設(shè)公司在甲、乙兩個電視臺做廣告的時間分別為x分鐘和y分鐘，總收益為z元.由題意得x+y300500x+200y90000，目標(biāo)函數(shù)為z=3000x+2000y.x0，y0 x+y300二元一次不等式組等價于 5x+2y900 ，x0，y0作出可行域（如圖所示），如上圖，作直線l:3000x+2000y=0,當(dāng)直線z=3000x+2000y過點(diǎn)m時，z最大. x+y=300由 ，得m（100，200）.5x+2y=900zmax=3000100+2000200=700 000(元).因此該公司在甲電視臺做100分鐘廣告，在乙電視臺做200分鐘廣告，公司的收益最大，最大值為70萬元.說明解答線性規(guī)劃應(yīng)用題應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）在線性規(guī)劃問題的應(yīng)用中，常常是題中的條件較多，因此認(rèn)真審題非常重要；（2）線性約束條件中有無等號要依據(jù)條件加以判斷；（3)結(jié)合實(shí)際問題，分析未知數(shù)x、y等是否有限制，如x、y為正整數(shù)、非負(fù)數(shù)等；（4）分清線性約束條件和線性目標(biāo)函數(shù)，線性約束條件一般是不等式，而線性目標(biāo)函數(shù)卻是一個等式；（5）圖對解決線性規(guī)劃問題至關(guān)重要，關(guān)鍵步驟基本上都是在圖上完成的，所以作圖應(yīng)盡可能地準(zhǔn)確，圖上操作盡可能規(guī)范.但作圖中必然會有誤差，假如圖上的最優(yōu)點(diǎn)不容易看出時，需將幾個有可能是最優(yōu)點(diǎn)的坐標(biāo)都求出來，然后逐一檢查，以確定最優(yōu)解.變式應(yīng)用1某公司計(jì)劃在今年內(nèi)同時出售變頻空調(diào)機(jī)和智能洗衣機(jī)，由于這兩種產(chǎn)品的市場需求量非常大，有多少就能銷售多少，因此該公司要根據(jù)實(shí)際情況（如資金、勞動力）確定產(chǎn)品的月供應(yīng)量，以使得總利潤達(dá)到最大.已知對這兩種產(chǎn)品有直接限制的因素是資金和勞動力，通過調(diào)查，得到關(guān)于這兩種產(chǎn)品的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：資金單位產(chǎn)品所需資金（百元）月資金供應(yīng)量（百元）空調(diào)機(jī)洗衣機(jī)成本3020300勞動力(工資)510110單位利潤68試問：怎樣確定兩種貨物的月供應(yīng)量，才能使總利潤達(dá)到最大，最大利潤是多少？解析設(shè)生產(chǎn)空調(diào)機(jī)x臺，洗衣機(jī)y臺，則30x+20y30000，5x+10y11000x，yn, 3x+2y3000即 x+2y2200，利潤z=6x+8y. x,yn 3x+2y=3000 x=400 由 ，得 . x+2y=2200 y=900畫圖可知當(dāng)直線6x+8y=z經(jīng)過可行域內(nèi)點(diǎn)a（400，900）時，z取最大值，zmax=6400+8900=9600（百元）.答：當(dāng)生產(chǎn)空調(diào)機(jī)400臺，洗衣機(jī)900臺時，可獲最大利潤96萬元.命題方向求實(shí)際應(yīng)用問題中的最小值例2某營養(yǎng)師要為某個兒童預(yù)訂午餐和晚餐.已知一個單位的午餐含12個單位的碳水化合物6個單位的蛋白質(zhì)和6個單位的維生素c.一個單位的晚餐含8個單位的碳水化合物，6個單位的蛋白質(zhì)和10個單位的維生素c.另外，該兒童這兩餐需要的營養(yǎng)中至少含64個單位的碳水化合物，42個單位的蛋白質(zhì)和54個單位的維生素c.如果一個單位的午餐、晚餐的費(fèi)用分別是2.5元和4元，那么要滿足上述的營養(yǎng)要求，并且花費(fèi)最少，應(yīng)當(dāng)為該兒童分別預(yù)訂多少個單位的午餐和晚餐？分析可以先設(shè)出未知數(shù)，列出約束條件和目標(biāo)函數(shù)，再在可行域內(nèi)找出最優(yōu)解.解析設(shè)需要預(yù)訂滿足要求的午餐和晚餐分別為x個單位和y個單位，所花的費(fèi)用為z元，則依題意得：z=2.5x+4y,且x,y滿足x0，y0,x0，y012x+8y64.即 3x+2y16 .6x+6y42 x+y76x+10y54 3x+5y27讓目標(biāo)函數(shù)表示的直線2.5x4y=z在可行域上平移.由此可知z=2.5x+4y在b(4,3)處取得最小值.(如圖)因此，應(yīng)當(dāng)為該兒童預(yù)訂4個單位的午餐和3個單位的晚餐，就可滿足要求.變式應(yīng)用2某公司租賃甲、乙兩種設(shè)備生產(chǎn)a、b兩類產(chǎn)品，甲種設(shè)備每天能生產(chǎn)a類產(chǎn)品5件和b類產(chǎn)品10件，乙種設(shè)備每天能生產(chǎn)a類產(chǎn)品6件和b類產(chǎn)品20件.已知設(shè)備甲每天的租賃費(fèi)為200元，設(shè)備乙每天的租賃費(fèi)為300元.現(xiàn)該公司至少要生產(chǎn)a類產(chǎn)品50件，b類產(chǎn)品140件，所需租賃費(fèi)最少為元.答案2300分析甲、乙兩種設(shè)備每天生產(chǎn)a類、b類產(chǎn)品件數(shù)已知；甲、乙兩種設(shè)備的租賃已知；生產(chǎn)a類、b類產(chǎn)品數(shù)量已知.解答本題可先設(shè)出變量，建立目標(biāo)函數(shù)和約束條件，轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃問題來求解.解析設(shè)需租賃甲種設(shè)備x臺，乙種設(shè)備y臺，租賃費(fèi)z元， 5x+6y50由題意得 10x+20y140x,y0且x,yn,z=200x+300y.作出如圖所示的可行域.令z=0,得l0:2x+3y=0,平移l0可知，當(dāng)l0過點(diǎn)a時，z有最小值. 5x+6y=50又由 ，得a點(diǎn)坐標(biāo)為（4，5）.10x+20y=140所以zmax=4200+5300=2300.探索延拓創(chuàng)新命題方向線性規(guī)劃中的整點(diǎn)問題例3要將兩種大小不同的鋼板截成a、b、c三種規(guī)格，每張鋼板可同時截得三種規(guī)格的小鋼板的塊數(shù)如下表所示： 規(guī)格類型鋼板類型a規(guī)格b規(guī)格c規(guī)格第一種鋼板212第二種鋼板123今需要a、b、c三種規(guī)格的成品分別為15、18、27塊，問各截這兩種鋼板多少張可得所需三種規(guī)格的成品，且使所用鋼板張數(shù)最少.解析設(shè)需截第一種鋼板x張，第二種鋼板y張.2x+y15可得x+2y18，且x,y都是整數(shù)，2x+3y27x0,y0求目標(biāo)函數(shù)z=x+y取最小值時的x,y.作出可行域如圖所示：平移直線z=x+y可知直線經(jīng)過點(diǎn)（，）時，z取最小值.此時x+y=，但與都不是整數(shù)，所以可行域內(nèi)點(diǎn)（，）不是最優(yōu)解.如何求整點(diǎn)最優(yōu)解呢？法一：平移求解法：首先在可行域內(nèi)打網(wǎng)格，其次找出a（）附近的所有整點(diǎn)，接著平移直線l:x+y=0，會發(fā)現(xiàn)當(dāng)移至b（3，9），c（4，8）時，直線與原點(diǎn)的距離最近，即z的最小值為12.法二：特值驗(yàn)證法:由法一知，目標(biāo)函數(shù)取得最小值的整點(diǎn)應(yīng)分布在可行域的左下側(cè)靠近邊界的整點(diǎn)，依次取滿足條件的整點(diǎn)a0（0，15），a1（1，13），a2（2，11），a3（3，9），a4（4，8），a5（5，8），a6（6，7），a7（7，7），a8（8，7），a9（9，6），a10（10，6），a27（27，0）.將這些點(diǎn)的坐標(biāo)分別代入z=x+y，求出各個對應(yīng)值，經(jīng)驗(yàn)證可知，在整點(diǎn)a3（3，9）和a4（4，8）處z取得最小值.法三：調(diào)整優(yōu)值法:由非整點(diǎn)最優(yōu)解（）知，z=,z12，令x+y=12,則y=12-x代入約束條件整理，得3x,x=3,x=4，這時最優(yōu)整點(diǎn)為（3，9）和（4，8）.變式應(yīng)用3某人有樓房一幢,室內(nèi)面積共計(jì)180 m2，擬分割成兩類房間作為旅游客房.大房間每間面積為18 m2，可住游客5名，每名旅客每天住宿費(fèi)40 元；小房間每間面積為15 m2，可以住游客3名，每名游客每天住宿費(fèi)為50元；裝修大房間每間需要1000元，裝修小房間每間需600元.如果他只能籌款8000元用于裝修，且游客能住滿客房，他應(yīng)隔出大房間和小房間各多少間，能獲得最大收益？解析設(shè)隔出大房間x間，小房間y間，收益為z元，則x,y滿足18x+15y180 6x+5y601 000x+600y8 000，即 5x+3y40x0，y0， x0，y0z=200x+150y.作出可行域，如圖所示.當(dāng)直線z=200x+150y經(jīng)過可行域上的點(diǎn)m時，z最大. 6x+5y=60解方程組 ，得點(diǎn)m的坐標(biāo)為（），5x+3y=40由于點(diǎn)b的坐標(biāo)不是整數(shù)，而最優(yōu)解（x,y）是整點(diǎn)，所以可行域內(nèi)點(diǎn)m（）不是最優(yōu)解.經(jīng)驗(yàn)證：經(jīng)過可行域內(nèi)的整點(diǎn)，且使z=200x+150y取得最大值，整點(diǎn)是（0，12）和（3，8），此時zmax=1800元.答：應(yīng)只隔出小房間12 間，或大房間3 間、小房間8 間，可以獲得最大利潤，最大利潤為1800元.名師辨誤做答例4已知一元二次方程x2+ax+b=0的一個根在-2與-1之間，另一個根在1與2之間，如圖示以a,b為坐標(biāo)的點(diǎn)（a,b）的存在范圍.并求a+b的取值范圍.誤解令f（x）=x2+ax+b.由題設(shè)f（-2）0 2a-b-40 f（-1）0 ， a-b-10 ， f（1）0 a+b+10f（2）0 2a+b+40 作出平面區(qū)域如圖.令t=a+b，則t是直線b=-a+t的縱截距，顯然當(dāng)直線b=-a+t與直線a+b+1=0重合時，t最大，tmax=-1.當(dāng)直線b=-a+t經(jīng)過點(diǎn)（0，-4）時.t最小，tmin=-4，-4t-1.辨析誤解中忽視了點(diǎn)（a,b）的存在范圍不包含邊界.正解令f（x）=x2+ax+b.由題設(shè)f（-2）0 2a-b-40f（-1）0， a-b-10f（1）0 a+b+10f（2）0 2a+b+40 ,作出平面區(qū)域如圖.令t=a+b，則t是直線b=-a+t的縱截距，顯然當(dāng)直線b=-a+t與直線a+b+1=0重合時，t最大，tmax=-1.當(dāng)直線b=-a+t經(jīng)過點(diǎn)（0，-4）時.t最小，tmin=-4，又點(diǎn)（a,b）的范圍是如圖陰影部分且不含邊界，-4t1,在約束條件 ymx，下，目標(biāo)函數(shù)z=x+5y的最大值為4， x+y1則m的值為.答案3解析本題是線性規(guī)劃問題.先畫出可行域，再利用最大值為4求m.由m1可畫出可行域如圖所示，則當(dāng)直線z=x+5y過點(diǎn)a時z有最大值.由y=mx 得a(),代入得=4,x+y=1即解得m=3.11.某運(yùn)輸公司接受了向地震災(zāi)區(qū)每天至少運(yùn)送180t支援物資的任務(wù)，該公司有8輛載重為6t的a型卡車和4輛載重為10t的b型卡車，有10名駕駛員，每輛卡車每天往返的次數(shù)為a型卡車4次，b型卡車3次，每輛卡車每天往返的成本費(fèi)用為a型卡車為320元，b型卡車為504元.每天調(diào)配a型卡車輛，b型卡車輛，可使公司所花的成本費(fèi)用最低.答案52解析設(shè)每天調(diào)出a型車x輛，b型車y輛，公司所花的成本為z元，x8y4 0x8 x+y10 0y4依題意有 4x6+3y10180 x+y10 .x0,y0 4x+5y30x,yn x,yn目標(biāo)函數(shù)z=320x+504y(其中x,yn).作出上述不等式組所確定的平面區(qū)域如圖所示，即可行域.由圖易知，直線z=320x+504y在可行域內(nèi)經(jīng)過的整數(shù)點(diǎn)中，點(diǎn)（5，2）使z320x+504y取得最小值，z最小值320550422608（元）.12.購買8角和2元的郵票若干張，并要求每種郵票至少有兩張.如果小明帶有10元錢，共有種買法答案12解析設(shè)購買8角和2元郵票分別為x張、y張，則0.8x+2y10 2x+5y25x,yn，即x2 .x2,y2 y2x,yn2x12，2y5，當(dāng)y=2時，2x15，2x7，有6種；當(dāng)y=3時，2x10，2x5，有4種；當(dāng)y=4時，2x5，2x2，x=2有一種；當(dāng)y=5時，由2x0及x0知x=0，故有一種.綜上可知，不同買法有：6+4+1+1=12種.三、解答題13.制造甲、乙兩種煙花，甲種煙花每枚含a藥品3 g、b藥品4 g、c藥品4 g，乙種煙花每枚含a藥品2 g、b藥品11 g、c藥品6 g.已知每天原料的使用限額為a藥品120 g、b藥品400 g、c藥品240 g.甲種煙花每枚可獲利2 元，乙種煙花每枚可獲利1 元，問每天應(yīng)生產(chǎn)甲、乙兩種煙花各多少枚才能獲利最大.解析設(shè)每天生產(chǎn)甲種煙花x枚，乙種煙花y枚，獲利為z元，則3x+2y1204x+11y4004x+6y240 ，作出可行域如圖所示.x0y0目標(biāo)函數(shù)為：z=2x+y.作直線l：2x+y=0，將直線l向右上方平移至l1的位置時，直線經(jīng)過可行域上的點(diǎn)a且與原點(diǎn)的距離最大.此時z=2x+y取最大值.解方程組4x+6y-240=0 x=24得 .3x+2y-120=0 y=24故每天生產(chǎn)甲、乙兩種煙花各24枚才能使獲利最大.14.（2012開封高二檢測）某人承包一項(xiàng)業(yè)務(wù)，需做文字標(biāo)牌4個，繪畫標(biāo)牌5個，現(xiàn)有兩種規(guī)格的原料，甲種規(guī)格每張3m2,可做文字標(biāo)牌1個，繪畫標(biāo)牌2個，乙種規(guī)格每張2m2，可做文字標(biāo)牌2