【数学】2018届一轮复习北师大版（理）二元一次不等式(组)与简单的线性规划问题教案

【数学】2018届一轮复习北师大版（理）二元一次不等式(组)与简单的线性规划问题教案

‎1．二元一次不等式表示的平面区域 一般地，直线l：ax＋by＋c＝0把直角坐标平面分成了三个部分：‎ ‎(1)直线l上的点(x，y)的坐标满足ax＋by＋c＝0；‎ ‎(2)直线l一侧的平面区域内的点(x，y)的坐标满足ax＋by＋c>0；‎ ‎(3)直线l另一侧的平面区域内的点(x，y)的坐标满足ax＋by＋c<0.‎ 所以，只需在直线l的某一侧的平面区域内，任取一特殊点(x0，y0)，从ax0＋by0＋c值的正负，即可判断不等式表示的平面区域．‎ ‎2．线性规划相关概念 名称 意义 约束条件 由变量x，y组成的一次不等式组 线性约束条件 由x，y的一次不等式(或方程)组成的不等式组 目标函数 欲求最大值或最小值的函数 线性目标函数 关于x，y的一次解析式 可行解 在线性规划问题中，满足约束条件的解(x，y)‎ 可行域 由所有可行解组成的集合 最优解 使目标函数取得最大值或最小值的可行解，通常在可行域的顶点处取得 二元线性规划问题 如果两个变量满足一组一次不等式，求这两个变量的一次函数的最大值或最小值问题叫作二元线性规划问题 ‎3.重要结论 画二元一次不等式表示的平面区域的直线定界，特殊点定域：‎ ‎(1)直线定界：不等式中无等号时直线画成虚线，有等号时直线画成实线；‎ ‎(2)特殊点定域：若直线不过原点，特殊点常选原点；若直线过原点，则特殊点常选取(0,1)或(1,0)来验证．‎ ‎【知识拓展】‎ ‎1．利用“同号上，异号下”判断二元一次不等式表示的平面区域 对于Ax＋By＋C>0或Ax＋By＋C<0，则有 ‎(1)当B(Ax＋By＋C)>0时，区域为直线Ax＋By＋C＝0的上方；‎ ‎(2)当B(Ax＋By＋C)<0时，区域为直线Ax＋By＋C＝0的下方．‎ ‎2．最优解和可行解的关系 最优解必定是可行解，但可行解不一定是最优解．最优解不一定唯一，有时唯一，有时有多个．‎ ‎【思考辨析】‎ 判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)‎ ‎(1)二元一次不等式组所表示的平面区域是各个不等式所表示的平面区域的交集．(　√　)‎ ‎(2)不等式Ax＋By＋C>0表示的平面区域一定在直线Ax＋By＋C＝0的上方．(　×　)‎ ‎(3)点(x1，y1)，(x2，y2)在直线Ax＋By＋C＝0同侧的充要条件是(Ax1＋By1＋C)(Ax2＋By2＋C)>0，异侧的充要条件是(Ax1＋By1＋C)(Ax2＋By2＋C)<0.(　√　)‎ ‎(4)第二、四象限表示的平面区域可以用不等式xy<0表示．(　√　)‎ ‎(5)线性目标函数的最优解是唯一的．(　×　)‎ ‎(6)最优解指的是使目标函数取得最大值或最小值的可行解．(　√　)‎ ‎(7)目标函数z＝ax＋by(b≠0)中，z的几何意义是直线ax＋by－z＝0在y轴上的截距．(　×　)‎ ‎1．下列各点中，不在x＋y－1≤0表示的平面区域内的是(　　)‎ A．(0,0) B．(－1,1)‎ C．(－1,3) D．(2，－3)‎ 答案　C 解析　把各点的坐标代入可得(－1,3)不适合，故选C.‎ ‎2．(教材改编)不等式组表示的平面区域是(　　)‎ 答案　C 解析　用特殊点代入，比如(0,0)，容易判断为C.‎ ‎3．(2016·北京)若x，y满足则2x＋y的最大值为(　　)‎ A．0 B．3‎ C．4 D．5‎ 答案　C 解析　不等式组表示的可行域如图中阴影部分所示．‎ 令z＝2x＋y，则y＝－2x＋z，作直线2x＋y＝0并平移，当直线过点A时，截距最大，即z取得最大值，‎ 由得所以A点坐标为(1,2)，‎ 可得2x＋y的最大值为2×1＋2＝4.‎ ‎4．(教材改编)已知x，y满足则z＝－3x＋y的最小值为________．‎ 答案　0‎ 解析　画出可行域为阴影部分．‎ z＝－3x＋y，即y＝3x＋z过交点A时，z最小．‎ 解 得 ‎∴zmin＝－3×1＋3＝0.‎ ‎5．(教材改编)投资生产A产品时，每生产100吨需要资金200万元，需场地200平方米；投资生产B产品时，每生产100吨需要资金300万元，需场地100平方米．现某单位可使用资金1 400万元，场地900平方米，则上述要求可用不等式组表示为__________________．(用x，y分别表示生产A，B产品的吨数，x和y的单位是百吨)．‎ 答案　 解析　用表格列出各数据 A B 总数 产品吨数 x y 资金 ‎200x ‎300y ‎1 400‎ 场地 ‎200x ‎100y ‎900‎ 所以不难看出，x≥0，y≥0,200x＋300y≤1 400,200x＋100y≤900.‎ 题型一　二元一次不等式(组)表示的平面区域 命题点1　不含参数的平面区域问题 例1　(1)不等式(x－2y＋1)(x＋y－3)≤0在坐标平面内表示的区域(用阴影部分表示)，应是下列图形中的(　　)‎ ‎(2)不等式组所表示的平面区域的面积等于(　　)‎ A. B. C. D. 答案　(1)C　(2)C 解析　(1)(x－2y＋1)(x＋y－3)≤0⇒ 或画出平面区域后，只有C符合题意．‎ ‎(2)由题意得不等式组表示的平面区域如图中阴影部分(含边界)，A(0，)，B(1,1)，C(0,4)，则△ABC的面积为×1×＝.故选C.‎ 命题点2　含参数的平面区域问题 例2　(1)(2015·重庆)若不等式组表示的平面区域为三角形，且其面积等于，则m的值为(　　)‎ A．－3 B．1 C. D．3‎ ‎(2)若不等式组所表示的平面区域被直线y＝kx＋分为面积相等的两部分，则k的值是_______________________．‎ 答案　(1)B　(2) 解析　(1)不等式组表示的平面区域如图中阴影部分(含边界)，‎ 则图中A点纵坐标yA＝1＋m，B点纵坐标yB＝，‎ C点横坐标xC＝－2m，‎ ‎∴S△ABD＝S△ACD－S△BCD＝×(2＋2m)×(1＋m)－×(2＋2m)×＝＝，‎ ‎∴m＝1或m＝－3，‎ 又∵当m＝－3时，不满足题意，应舍去，∴m＝1.‎ ‎(2)不等式组表示的平面区域如图中阴影部分(含边界)．‎ 由于直线y＝kx＋过定点.因此只有直线过AB中点时，直线y＝kx＋能平分平面区域．‎ 因为A(1,1)，B(0,4)，所以AB中点D.‎ 当y＝kx＋过点时，＝＋，‎ 所以k＝.‎ 思维升华　(1)求平面区域的面积：‎ ‎①首先画出不等式组表示的平面区域，若不能直接画出，应利用题目的已知条件转化为不等式组问题，从而再作出平面区域；‎ ‎②对平面区域进行分析，若为三角形应确定底与高，若为规则的四边形(如平行四边形或梯形)，可利用面积公式直接求解，若为不规则四边形，可分割成几个三角形分别求解再求和即可．‎ ‎(2)利用几何意义求解的平面区域问题，也应作出平面图形，利用数形结合的方法去求解．‎ ‎　(1)若函数y＝2x图像上存在点(x，y)满足约束条件则实数m的最大值为(　　)‎ A. B．1‎ C. D．2‎ ‎(2)已知约束条件表示面积为1的直角三角形区域，则实数k的值为(　　)‎ A．1 B．－1‎ C．0 D．－2‎ 答案　(1)B　(2)A 解析　(1)在同一直角坐标系中作出函数y＝2x的图像及所表示的平面区域，如图阴影部分所示．‎ 由图可知，当m≤1时，‎ 函数y＝2x的图像上存在点(x，y)满足约束条件，‎ 故m的最大值为1.‎ ‎(2)由于x＝1与x＋y－4＝0不可能垂直，所以只可能x＋y－4＝0与kx－y＝0垂直或x＝1与kx－y＝0垂直．‎ ‎①当x＋y－4＝0与kx－y＝0垂直时，k＝1，检验知三角形区域面积为1，即符合要求．‎ ‎②当x＝1与kx－y＝0垂直时，k＝0，检验不符合要求．‎ 题型二　求目标函数的最值问题 命题点1　求线性目标函数的最值 例3　(2016·陕西西工大附中模拟)已知实数x，y满足则z＝|x＋4y|的最大值为(　　)‎ A．9 B．17 C．5 D．15‎ 答案　B 解析　作出不等式组表示的平面区域，‎ 得到如图所示的△ABC及其内部，‎ 其中A(－3,5)，B(－3，－3)，C(1,1)，‎ 设t＝F(x，y)＝x＋4y，将直线l：t＝x＋4y进行平移，‎ ‎∵F(－3,5)＝17，F(－3，－3)＝－15，F(1,1)＝5，‎ ‎∴当l经过点A时，目标函数t取得最大值；‎ 当l经过点B时，目标函数t取得最小值．‎ 由此可得：－15≤x＋4y≤17，‎ 即得z＝|x＋4y|的最大值为17，‎ 故选B.‎ 命题点2　求非线性目标函数的最值 例4　实数x，y满足 ‎(1)若z＝，求z的最大值和最小值，并求z的取值范围；‎ ‎(2)若z＝x2＋y2，求z的最大值与最小值，并求z的取值范围．‎ 解　由作出可行域，‎ 如图中阴影部分(含边界)所示．‎ ‎(1)z＝表示可行域内任一点与坐标原点连线的斜率，‎ 因此的范围为直线OB的斜率到直线OA的斜率(直线OA的斜率不存在，即zmax不存在)．‎ 由得B(1,2)，‎ ‎∴kOB＝＝2，即zmin＝2，‎ ‎∴z的取值范围是[2，＋∞)．‎ ‎(2)z＝x2＋y2表示可行域内的任意一点与坐标原点之间距离的平方．‎ 因此x2＋y2的最小值为OA2，最大值为OB2.‎ 由得A(0,1)，‎ ‎∴OA2＝()2＝1，OB2＝()2＝5，‎ ‎∴zmax＝5，‎ ‎∴z的取值范围是[1,5]．‎ 引申探究 ‎1．若z＝，求z的取值范围．‎ 解　z＝可以看作过点P(1,1)及(x，y)两点的直线的斜率．‎ ‎∴z的取值范围是(－∞，0]．‎ ‎2．若z＝x2＋y2－2x－2y＋3.求z的最大值、最小值．‎ 解　z＝x2＋y2－2x－2y＋3‎ ‎＝(x－1)2＋(y－1)2＋1，‎ 而(x－1)2＋(y－1)2表示点P(1,1)与Q(x，y)的距离的平方PQ2，PQ＝(0－1)2＋(2－1)2＝2，‎ PQ＝()2＝，‎ ‎∴zmax＝2＋1＝3，zmin＝＋1＝.‎ 命题点3　求参数值或取值范围 例5　(1)已知实数x，y满足如果目标函数z＝x－y的最小值为－1，则实数m＝________.‎ ‎(2)已知a>0，x，y满足约束条件若z＝2x＋y的最小值为1，则a＝________.‎ 答案　(1)5　(2) 解析　(1)显然，当m<2时，不等式组表示的平面区域是空集；‎ 当m＝2时，不等式组表示的平面区域只包含一个点A(1,1)．此时zmin＝1－1＝0≠－1.‎ 显然都不符合题意．‎ 故必有m>2，此时不等式组所表示的平面区域如图所示，‎ 平面区域为一个三角形区域，‎ 其顶点为A(1,1)，B(m－1,1)，C(，)．‎ 由图可知，当直线y＝x－z经过点C时，z取得最小值，‎ 最小值为－＝.‎ 由题意，得＝－1，解得m＝5.‎ ‎(2)作出不等式组表示的可行域，如图(阴影部分)．‎ 易知直线z＝2x＋y过交点A时，z取最小值，‎ 由得 ‎∴zmin＝2－2a＝1，解得a＝.‎ 思维升华　(1)先准确作出可行域，再借助目标函数的几何意义求目标函数的最值．‎ ‎(2)当目标函数是非线性的函数时，常利用目标函数的几何意义来解题，常见代数式的几何意义：‎ ‎①表示点(x，y)与原点(0,0)的距离，表示点(x，y)与点(a，b)的距离；‎ ‎②表示点(x，y)与原点(0,0)连线的斜率，表示点(x，y)与点(a，b)连线的斜率．‎ ‎(3)当目标函数中含有参数时，要根据临界位置确定参数所满足的条件．‎ ‎　(1)已知变量x，y满足约束条件若z＝2x－y的最大值为2，则实数m等于(　　)‎ A．－2 B．－1 C．1 D．2‎ ‎(2)当实数x，y满足时，1≤ax＋y≤4恒成立，则实数a的取值范围是________．‎ 答案　(1)C　(2)[1，]‎ 解析　(1)对于选项A，当m＝－2时，可行域如图①，直线y＝2x－z的截距可以无限小，z不存在最大值，不符合题意，故A不正确；‎ 对于选项B，当m＝－1时，mx－y≤0等同于x＋y≥0，可行域如图②，直线y＝2x－z的截距可以无限小，z不存在最大值，不符合题意，故B不正确；‎ 对于选项C，当m＝1时，可行域如图③，当直线y＝2x－z过点A(2,2)时截距最小，z最大为2，满足题意，故C正确；‎ 对于选项D，当m＝2时，可行域如图④，直线y＝2x－z与直线OB平行，截距最小为0，z最大为0，不符合题意，故D不正确．‎ ‎(2)画可行域如图所示，设目标函数z＝ax＋y，即y＝－ax＋z，要使1≤z≤4恒成立，则a>0，数形结合知，满足即可，解得1≤a≤.所以a的取值范围是[1，]．‎ 题型三　线性规划的实际应用问题 例6　某玩具生产公司每天计划生产卫兵、骑兵、伞兵这三种玩具共100个，生产一个卫兵需5分钟，生产一个骑兵需7分钟，生产一个伞兵需4分钟，已知总生产时间不超过10小时．若生产一个卫兵可获利润5元，生产一个骑兵可获利润6元，生产一个伞兵可获利润3元．‎ ‎(1)试用每天生产的卫兵个数x与骑兵个数y表示每天的利润ω(元)；‎ ‎(2)怎样分配生产任务才能使每天的利润最大，最大利润是多少？‎ 解　(1)依题意每天生产的伞兵个数为100－x－y，‎ 所以利润ω＝5x＋6y＋3(100－x－y)＝2x＋3y＋300.‎ ‎(2)约束条件为 整理得 目标函数为ω＝2x＋3y＋300，‎ 作出可行域，如图所示，‎ 作初始直线l0：2x＋3y＝0，平移l0，当l0经过点A时，ω有最大值，‎ 由得 ‎∴A(50,50)，此时ωmax＝550元．‎ 故每天生产卫兵50个，骑兵50个，伞兵0个时利润最大，且最大利润为550元．‎ 思维升华　解线性规划应用问题的一般步骤 ‎(1)审题：仔细阅读材料，抓住关键，准确理解题意，明确有哪些限制条件，借助表格或图形理清变量之间的关系．‎ ‎(2)设元：设问题中起关键作用(或关联较多)的量为未知量x，y，并列出相应的不等式组和目标函数．‎ ‎(3)作图：准确作出可行域，平移找点(最优解)．‎ ‎(4)求解：代入目标函数求解(最大值或最小值)．‎ ‎(5)检验：根据结果，检验反馈．‎ ‎　某电视机厂计划在下一个生产周期内生产两种型号电视机，每台A型和B型电视机所得利润分别为6和4个单位，而生产一台A型和B型电视机所耗原料分别为2和3个单位，所需工时分别为4和2个单位，如果允许使用的原料为100个单位，工时为120个单位，且A型和B型电视机产量分别不低于5台和10台，应当生产每种类型电视机多少台，才能使利润最大？‎ 解　设生产A型电视机x台，B型电视机y台，‎ 则根据已知条件知线性约束条件为 即 线性目标函数为z＝6x＋4y.‎ 根据约束条件作出可行域如图中阴影部分整点所示，‎ 作直线l0：3x＋2y＝0，当直线l0平移至点A时，z取最大值，‎ 解方程组得 所以生产两种类型电视机各20台时，所获利润最大．‎ ‎8．含参数的线性规划问题 典例　(1)在直角坐标系xOy中，若不等式组表示一个三角形区域，则实数k的取值范围是________．‎ ‎(2)已知x，y满足约束条件若z＝ax＋y的最大值为4，则a＝________.‎ 错解展示 解析　(1)如图，直线y＝k(x－1)－1过点(1，－1)，‎ 作出直线y＝2x，当k<－1或02时，不等式组表示一个三角形区域．‎ ‎(2)由不等式组表示的可行域，可知z＝ax＋y在点A(1,1)处取到最大值4，‎ ‎∴a＋1＝4，∴a＝3.‎ 答案　(1)(－∞，－1)∪(0,2)∪(2，＋∞)　(2)3‎ 现场纠错 解析　(1)直线y＝k(x－1)－1过定点(1，－1)，当这条直线的斜率为负值时，该直线与y轴的交点必须在坐标原点上方，即直线的斜率为(－∞，－1)，只有此时可构成三角形区域．‎ ‎(2)作出不等式组表示的可行域如图中阴影部分所示．‎ 由得A(1,1)．‎ z＝ax＋y等价于y＝－ax＋z，‎ 因为z的最大值为4，‎ 即直线y＝－ax＋z在y轴上的截距最大为4.‎ 若z＝ax＋y在A(1,1)处取得最大值，‎ 则直线y＝－ax＋z在y轴的上截距必小于2，‎ 故只有直线y＝－ax＋z过点(2,0)且－a<0时符合题意，‎ ‎∴4＝a×2＋0，即a＝2.‎ 答案　(1)(－∞，－1)　(2)2‎ 纠错心得　(1)含参数的平面区域问题，要结合直线的各种情况进行分析，不能凭直觉解答．‎ ‎(2)目标函数含参的线性规划问题，要根据z的几何意义确定最优解，切忌搞错符号．‎ ‎1．若点(m,1)在不等式2x＋3y－5>0所表示的平面区域内，则m的取值范围是(　　)‎ A．m≥1 B．m≤1 C．m<1 D．m>1‎ 答案　D 解析　由2m＋3－5>0，得m>1.‎ ‎2．若函数y＝log2x的图像上存在点(x，y)，满足约束条件则实数m的最大值为(　　)‎ A. B．1 C. D．2‎ 答案　B 解析　如图，作出不等式组表示的可行域，当函数y＝log2x的图像过点(2,1)时，实数m有最大值1.‎ ‎3．直线2x＋y－10＝0与不等式组表示的平面区域的公共点有(　　)‎ A．0个 B．1个 C．2个 D．无数个 答案　B 解析　由不等式组画出可行域的平面区域如图(阴影部分)．‎ 直线2x＋y－10＝0恰过点A(5,0)，且其斜率k＝－20)仅在点(3,0)处取得最大值，则a的取值范围是__________．‎ 答案　 解析　画出x、y满足约束条件的可行域如图所示，‎ 要使目标函数z＝ax＋y仅在点(3,0)处取得最大值，则直线y＝－ax＋z的斜率应小于直线x＋2y－3＝0的斜率，即－a<－，‎ ‎∴a>.‎ ‎12．(2016·宜春中学、新余一中联考)设x，y满足约束条件则的取值范围是_____________________________．‎ 答案　[3,11]‎ 解析　设z＝＝ ‎＝1＋2·，‎ 设z′＝，则z′的几何意义为动点P(x，y)到定点D(－1，－1)的斜率．画出可行域如图阴影部分所示，则即z′∈[kDA，kDB]，即z′∈[1,5]，∴z＝1＋2·z′∈[3,11]．‎ ‎ 13.给定区域D：令点集T＝{(x0，y0)∈D|x0，y0∈Z，(x0，y0)是z＝x＋y在D上取得最大值或最小值的点}，则T中的点共确定________条不同的直线．‎ 答案　6‎ 解析　作出图形可知，‎ ‎△ABF所围成的区域即为区域D，其中A(0,1)是z在D上取得最小值的点，B，C，D，E，F 是z在D上取得最大值的点，则T中的点共确定AB，AC，AD，AE，AF，BF共6条不同的直线．‎ ‎14.已知D是以点A(4,1)，B(－1，－6)，C(－3，2)为顶点的三角形区域(包括边界与内部)．如图所示．‎ ‎(1)写出表示区域D的不等式组；‎ ‎(2)设点B(－1，－6)，C(－3,2)在直线4x－3y－a＝0的异侧，求a的取值范围．‎ 解　(1)直线AB，AC，BC的方程分别为7x－5y－23＝0，x＋7y－11＝0,4x＋y＋10＝0.‎ 原点(0,0)在区域D内，故表示区域D的不等式组为 ‎(2)根据题意有[4×(－1)－3×(－6)－a][4×(－3)－3×2－a]<0，‎ 即(14－a)(－18－a)<0，‎ 解得－18

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