簡(jiǎn)單的線性規(guī)劃教案

簡(jiǎn)單的線性規(guī)劃教案

　　教學(xué)目標(biāo)

　　鞏固二元一次不等式和二元一次不等式組所表示的平面區(qū)域，能用此來求目標(biāo)函數(shù)的最值．

　　重點(diǎn)難點(diǎn)

　　理解二元一次不等式表示平面區(qū)域是教學(xué)重點(diǎn)．

　　如何擾實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃問題，并給出解答是教學(xué)難點(diǎn)．

　　教學(xué)步驟

　　【新課引入】

　　我們知道，二元一次不等式和二元一次不等式組都表示平面區(qū)域，在這里開始，教學(xué)又翻開了新的一頁(yè)，在今后的學(xué)習(xí)中，我們可以逐步看到它的運(yùn)用．

　　【線性規(guī)劃】

　　先討論下面的問題

　　設(shè)，式中變量x、y滿足下列條件

　　①求z的最大值和最小值．

　　我們先畫出不等式組①表示的平面區(qū)域，如圖中內(nèi)部且包括邊界．點(diǎn)（0，0）不在這個(gè)三角形區(qū)域內(nèi)，當(dāng)時(shí)，，點(diǎn)（0，0）在直線上．

　　作一組和平等的直線

　　可知，當(dāng)l在的右上方時(shí)，直線l上的點(diǎn)滿足．即，而且l往右平移時(shí)，t隨之增大，在經(jīng)過不等式組①表示的三角形區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)且平行于l的直線中，以經(jīng)過點(diǎn)A（5，2）的直線l，所對(duì)應(yīng)的t最大，以經(jīng)過點(diǎn)的直線，所對(duì)應(yīng)的t最小，所以

　　在上述問題中，不等式組①是一組對(duì)變量x、y的約束條件，這組約束條件都是關(guān)于x、y的一次不等式，所以又稱線性約束條件．

　　是欲達(dá)到最大值或最小值所涉及的變量x、y的解析式，叫做目標(biāo)函數(shù)，由于又是x、y的解析式，所以又叫線性目標(biāo)函數(shù)，上述問題就是求線性目標(biāo)函數(shù)在線性約束條件①下的最大值和最小值問題．

　　線性約束條件除了用一次不等式表示外，有時(shí)也有一次方程表示．

　　一般地，求線性目標(biāo)函數(shù)在線性約束條件下的最大值或最小值的問題，統(tǒng)稱為線性規(guī)劃問題，滿足線性約束條件的解叫做可行解，由所有可行解組成的集合叫做可行域，在上述問題中，可行域就是陰影部分表示的三角形區(qū)域，其中可行解（5，2）和（1，1）分別使目標(biāo)函數(shù)取得最大值和最小值，它們都叫做這個(gè)問題的最優(yōu)解．

　　【應(yīng)用舉例】

　　例1 解下列線性規(guī)劃問題：求的最大值和最小值，使式中的x、y滿足約束條件

　　解：先作出可行域，見圖中表示的區(qū)域，且求得．

　　作出直線，再將直線平移，當(dāng)?shù)钠叫芯�過B點(diǎn)時(shí)，可使達(dá)到最小值，當(dāng)?shù)钠叫芯�過C點(diǎn)時(shí)，可使達(dá)到最大值．

　　通過這個(gè)例子講清楚線性規(guī)劃的步驟，即：

　　第一步：在平面直角坐標(biāo)系中作出可行域；

　　第二步：在可行域內(nèi)找出最優(yōu)解所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)；

　　第三步：解方程的最優(yōu)解，從而求出目標(biāo)函數(shù)的最大值或最小值．

　　例2 解線性規(guī)劃問題：求的最大值，使式中的x、y滿足約束條件．

　　解：作出可行域，見圖，五邊形OABCD表示的平面區(qū)域．

　　作出直線將它平移至點(diǎn)B，顯然，點(diǎn)B的坐標(biāo)是可行域中的最優(yōu)解，它使達(dá)到最大值，解方程組得點(diǎn)B的坐標(biāo)為（9，2）．

　　這個(gè)例題可在教師的指導(dǎo)下，由學(xué)生解出．在此例中，若目標(biāo)函數(shù)設(shè)為，約束條件不變，則z的最大值在點(diǎn)C（3，6）處取得．事實(shí)上，可行域內(nèi)最優(yōu)解對(duì)應(yīng)的點(diǎn)在何處，與目標(biāo)函數(shù)所確定的直線的斜率有關(guān)．就這個(gè)例子而言，當(dāng)?shù)男甭蕿樨?fù)數(shù)時(shí)，即時(shí)，若（直線的斜率）時(shí)，線段BC上所有點(diǎn)都是使z取得最大值（如本例）；當(dāng)時(shí)，點(diǎn)C處使z取得最大值（比如：時(shí)），若，可請(qǐng)同學(xué)思考．

　　隨堂練習(xí)

　　1．求的最小值，使式中的滿足約束條件

　　2．求的最大值，使式中滿足約束條件

　　答案：1．時(shí)，．

　　2．時(shí)，．

　　總結(jié)提煉

　　1．線性規(guī)劃的概念．

　　2．線性規(guī)劃的問題解法．

　　布置作業(yè)

　　1．求的最大值，使式中的滿足條件

　　2．求的最小值，使?jié)M足下列條件

　　答案：1．

　　2．在可行域內(nèi)整點(diǎn)中，點(diǎn)（5，2）使z最小，

　　探究活動(dòng)

　　利潤(rùn)的線性規(guī)劃

　　［問題］某企業(yè)1997年的利潤(rùn)為5萬(wàn)元，1998年的利潤(rùn)為7萬(wàn)元，1999年的利潤(rùn)為81元，請(qǐng)你根據(jù)以上信息擬定兩個(gè)不同的利潤(rùn)增長(zhǎng)直線方程，從而預(yù)2001年企業(yè)的利潤(rùn)，請(qǐng)問你幫該企業(yè)預(yù)測(cè)的利潤(rùn)是多少萬(wàn)？

　　［分析］首先應(yīng)考慮在平面直角坐標(biāo)系中如何描述題中信息：“1997年的利潤(rùn)為5萬(wàn)元，1998年的利潤(rùn)為7萬(wàn)元，1999年的利潤(rùn)為8萬(wàn)元”，在確定這三點(diǎn)坐標(biāo)后，如何運(yùn)用這三點(diǎn)坐標(biāo)，是僅用其中的兩點(diǎn)，還是三點(diǎn)信息的綜合運(yùn)用，運(yùn)用時(shí)要注意有其合理性、思考的方向可以考慮將通過特殊點(diǎn)的直線、平行某個(gè)線段的直線、與某些點(diǎn)距離最小的直線作為預(yù)測(cè)直線等等．

　　建立平面直角坐標(biāo)系，設(shè)1997年的利潤(rùn)為5萬(wàn)元對(duì)應(yīng)的點(diǎn)為（0，5），1998年的利潤(rùn)為 7萬(wàn)元及1999年的利潤(rùn)為 8萬(wàn)元分別對(duì)應(yīng)點(diǎn)（1，7）和（2，8），那么

　　①若將過兩點(diǎn)的直線作為預(yù)測(cè)直線，其方程為：，這樣預(yù)測(cè)2001年的利潤(rùn)為13萬(wàn)元．

　　②若將過兩點(diǎn)的直線作為預(yù)測(cè)直線，其方程為：，這樣預(yù)測(cè)2001年的利潤(rùn)為11萬(wàn)元．

　　③若將過兩點(diǎn)的直線作為預(yù)測(cè)直線，其方程為：，這樣預(yù)測(cè)2001年的利潤(rùn)為10萬(wàn)元．

　　④若將過及線段的中點(diǎn)的直線作為預(yù)測(cè)直線，其方程為：，這樣預(yù)測(cè)2001年的利潤(rùn)為11．667萬(wàn)元．

　　⑤若將過及的重心（注：為3年的年平均利潤(rùn)）的直線作為預(yù)測(cè)直線，其方程為：，這樣預(yù)測(cè)2001年的利潤(rùn)為11．667萬(wàn)元．

　　⑥若將過及的重心的直線作為預(yù)測(cè)直線，其方程為：，這樣預(yù)測(cè)2001年的利潤(rùn)為10．667萬(wàn)元．

　　⑦若將過且以線段的斜率為斜率的直線作為預(yù)測(cè)直線，則預(yù)測(cè)直線的方程為：，這樣預(yù)測(cè)2001年的利潤(rùn)為9萬(wàn)元．

　　⑧若將過且以線段的斜率為斜率的直線作為預(yù)測(cè)直線，則預(yù)測(cè)直線的方程為：，這樣預(yù)測(cè)2001年的利潤(rùn)為11.5萬(wàn)元.

　　⑨若將過點(diǎn)且以線段的斜率為斜率的直線，作為預(yù)測(cè)直線，則預(yù)測(cè)直線的方程為；，這樣預(yù)測(cè)2001年的利潤(rùn)為12萬(wàn)元．

　　⑩若將過且以線段的斜率與線段的斜率的平均數(shù)為斜率的直線作為預(yù)測(cè)直線，則預(yù)測(cè)直線的方程為：，這樣預(yù)測(cè)2001年的利潤(rùn)為12萬(wàn)元．

　　如此這樣，還有其他方案，在此不—一列舉．

　　［思考］（1）第⑤種方案與第④種方案的結(jié)果完全一致，這是為什么？

　　（2）第⑦種方案中，的現(xiàn)實(shí)意義是什么？

　　（3）根據(jù)以上的基本解題思路，請(qǐng)你思考新的方案．如方案⑥中，過的重心，找出以為斜率的直線中與兩點(diǎn)的距離的平方和最小的直線作為預(yù)測(cè)直線．

　　（4）根據(jù)以上結(jié)論及你自己的答案估計(jì)一下利潤(rùn)的范圍，你預(yù)測(cè)的利潤(rùn)頻率出現(xiàn)最多的是哪一個(gè)值？你認(rèn)為將你預(yù)測(cè)的結(jié)論作怎樣的處理，使之得到的利潤(rùn)預(yù)測(cè)更為有效？如果不要求用線性預(yù)測(cè)，你能得出什么結(jié)果？

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