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- 2021-06-24 发布
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专题36二元一次不等式(组)与简单的线性规划问题
最新考纲
1.会从实际情境中抽象出二元一次不等式组.
2.了解二元一次不等式的几何意义,能用平面区域表示二元一次不等式组.
3.会从实际情境中抽象出一些简单的二元一次线性规划问题,并能加以解决.
基础知识融会贯通
1.二元一次不等式表示的平面区域
(1)一般地,二元一次不等式Ax+By+C>0在平面直角坐标系中表示直线Ax+By+C=0某一侧所有点组成的平面区域.我们把直线画成虚线,以表示区域不包括边界直线.当我们在坐标系中画不等式Ax+By+C≥0所表示的平面区域时,此区域应包括边界直线,则把边界直线画成实线.
(2)对于直线Ax+By+C=0同一侧的所有点,把它的坐标(x,y)代入Ax+By+C,所得的符号都相同,所以只需在此直线的同一侧取一个特殊点(x0,y0)作为测试点,由Ax0+By0+C的符号即可断定Ax+By+C>0表示的是直线Ax+By+C=0哪一侧的平面区域.
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
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
满足线性约束条件的解
可行域
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
线性规划问题
在线性约束条件下求线性目标函数的最大值或最小值问题
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.
重点难点突破
【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
【典型例题】
实数x、y满足,则整点(x,y)的个数为( )
A.2 B.3 C.4 D.5
【解答】解:当x=1时,不等式组为,此时﹣1<y<3,此时y=0,1,3有3个整数点,
当x=0时,不等式组为,此时0<y<2,此时y=1,有1个整数点,
当x=﹣1时,不等式组为,此时无解
综上所述,共有4个整数点,
故选:C.
【再练一题】
已知实数x,y满足不等式组,则该不等式组表示的区域面积为 .
【解答】解:作出不等式组对应的平面区域如图:
则A(0,1),B(﹣1,0),C(2,0),
则三角形ABC的面积S3,
故答案为:3
命题点2 含参数的平面区域问题
【典型例题】
若不等式组表示一个三角形内部的区域,则实数a的取值范围是( )
A. B. C. D.
【解答】解:不等式组表示的平面区域如图:
由图可知,,解得x=y,
即A(,),
则a
实数a的取值范围是a.
故选:C.
【再练一题】
不等式组所表示的平面区域的面积等于,则k= .
【解答】解:∵不等式组所表示的平面区域三角形,如图:
平面为三角形所以过点(2,0),
∵y=kx﹣1,与x轴的交点为(,0),
y=kx﹣1与y=﹣x+2的交点为(,),
三角形的面积为:(2),
解得:k=1.
故答案为:1.
思维升华 (1)求平面区域的面积
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求解.
【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
【典型例题】
若x、y满足约束条件,则z=4x﹣3y的最小值为( )
A.0 B.﹣1 C.﹣2 D.﹣3
【解答】解:作出x、y满足约束条件,表示的平面区域,
得到如图的△ABC及其内部,其中A(1,2),B(3,1),
C(﹣1,0)
设z=F(x,y)=4x﹣3y,将直线l:z=4x﹣3y进行平移,
当l经过点A时,目标函数z达到最小值
∴z最大值=F(1,2)=﹣2.
故选:C.
【再练一题】
若x,y满足约束条件,则z=x﹣y的最大值为( )
A. B. C.5 D.6
【解答】解:变量x,y满足约束条件条件的可行域如图:
目标函数z=x﹣y经过可行域的B点时,目标函数取得最大值,
由可得A(4,﹣1),目标函数z=x﹣y的最大值为:5.
故选:C.
命题点2 求非线性目标函数的最值
【典型例题】
设x,y满足约束条件,则z=(x+1)2+y2的最大值为( )
A.41 B.5 C.25 D.1
【解答】解:根据x,y满足约束条件,画出可行域:
z=(x+1)2+y2表示D(﹣1,0)到可行域的距离的平方,由解得A(3,5),
当点D与点A(3,5)连线时,AB距离最大,
则z=(x+1)2+y2的最大值是A(3,5)到B(﹣1,0)
的距离的平方为:41,
故选:A.
【再练一题】
若x,y满足约束条件,则的取值范围是( )
A.[,] B.[] C.[] D.[)
【解答】解:作出x,y满足约束条件,对应的平面区域如图:
A(3,5),B(5,3).
则的几何意义为区域内的点Q(﹣1,0)的斜率,
由图象知z的最小为QB的斜率:,
z的最大值为QA的斜率:,
则z∈[,],
故选:B.
命题点3 求参数值或取值范围
【典型例题】
实数x,y满足不等式组,若z=3x+y的最大值为5,则正数m的值为( )
A.2 B. C.10 D.
【解答】解:由题意作出实数x,y满足不等式组的平面区域,
将z=3x+y化为y=﹣3x+z,z相当于直线y=﹣3x+z的纵截距,
故结合图象可得,,
解得,x=1,y=2;
故m=2;
故选:A.
【再练一题】
若x,y满足且2x+y的最小值为1,则实数m的值为( )
A.﹣5 B.﹣1 C.1 D.5
【解答】解:画出满足条件的平面区域,如图所示:,
由,解得:A(2m+3,m),
由z=2x+y得:y=﹣2x+z,
显然直线过A(2m+3,m)时,z最小,
∴4m+6+m=1,解得:m=﹣1,
故选:B.
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有
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.
【题型三】题型三 线性规划的实际应用问题
【典型例题】
【典型例题】
某农户计划种植莴笋和西红柿,种植面积不超过30亩,投入资金不超过25万元,假设种植莴笋和西红柿的产量、成本和售价如表:
年产量/亩
年种植成本/亩
每吨售价
莴笋
5吨
1万元
0.5万元
西红柿
4.5吨
0.5万元
0.4万元
那么,该农户一年种植总利润(总利润=总销售收入﹣总种植成本)的最大值为 44万元 .
【解答】解:设种植莴笋和西红柿的种植面积分别为x,y亩,种植总利润为z万元,
由题意可知,一年的种植总利润为z=0.5×5x+0.4×4.5y﹣x﹣0.5y=1.5x+1.4y
作出约束条件如下图阴影部分
平移直线1.5x+1.4y=0,当过点A(20,10)时,一年的种植总利润为z取最大值44万元.
故答案为:44万元.
【再练一题】
岳阳市某高中文学社计划招入女生x人,男生y人,若x,y满足约束条件,则该社团今年计划招入学生人数最多为 13
【解答】解:由于某所学校计划招聘男教师x名,女教师y名,且x和y须满足,画出可行域为:
对于需要求该校招聘的教师人数最多,令z=x+y⇔y=﹣x+z 则题意转化为,在可行域内任意去x,y且为整数使得目标函数代表的斜率为定值﹣1,截距最大时的直线为过⇒(6,7)时使得目标函数取得最大值为:z=13.
故答案为:13.
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.
基础知识训练
1.【天津市滨海新区2019届高三毕业班质量监测】若满足约束条件,则目标函数的最小值为( )
A. B.1 C. D.
【答案】C
【解析】
画出可行域如下图所示,由图可知,目标函数在点处取得最小值为
.故选C.
2.【天津市红桥区2019届高三一模】设变量x, y满足约束条件,则目标函数的最大值为( )
A.7 B.5 C.3 D.1
【答案】C
【解析】
故选:B.解:满足约束条件的可行域如下图所示:
由得:,A(,1),目标函数z=y﹣2x经过可行域的C
时,取得最大值:3.
故目标函数z=y﹣2x的最大值是3,
故选:C
3.【江西省临川市第一中学2019届高三上学期期末考试】函数上单调递增,则的最小值为( )
A.4 B.16 C.20 D.18
【答案】B
【解析】
因为函数上单调递增,
所以
=上恒成立。又,
所以上恒成立。
记,
则,
整理得:,
把横坐标看作轴,纵坐标看作轴,作出不等式组表示的区域如下图,
令,则,
抛物线恰好过图中点,由线性规划知识可得:
当抛物线过点时,最小,此时取得最小值。
所以
故选:B
4.【上海市普陀区2019届高三3月模拟练习(二模)】已知,且,则存在,使得成立的构成的区域面积为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
作出不等式组对应的平面区域如图:对应的区域为三角形OAB,
若存在,使得成立,
则,
令,则,
则方程等价为,即,
存在,使得成立,
,即,则对应的区域为单位圆的外部,
由,解得,即,,
则三角形OAB的面积,
直线的倾斜角为,则,即扇形的面积为,
则构成的区域面积为,
故选:A.
5.【广东省执信中学2018-2019学年高二下期中测试】设实数满足,则的最大值为( )
A.14 B. C. D.
【答案】D
【解析】
由约束条件作出可行域如下:
由图像可得,
则,
当且仅当时,取等号;
经检验,在可行域内,
所以的最大值为.
故选D
6.【吉林省长春市吉林省实验中学2019届高三上学期第三次月考】已知实数满足,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
设,则只需求直线轴上的截距范围。
画出可行域为弓形,
当直线与圆相切时,截距最大,且为,
当直线过点时截距最小,且为1,
所以的取值范围是。
故选:.
7.【安徽省郎溪中学2018-2019学高一下学期期末考试】若点的坐标满足约束条件,则的最大值为( )
A. B. C. D.11
【答案】C
【解析】
作出不等式组对应的平面区域如图:
设得:
平移直线,由图像可知当直线经过点时,直线的截距最小,此时最大,由 ,得,即
将代入目标函数得,即的最大值为;
故答案选C
8.【河南省濮阳市2019届高三5月模拟考试】若变量,满足约束条件,则的最大值为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
由约束条件可得可行域如下图阴影部分所示:
取最大值时,最大
的几何意义为:与原点连线的斜率
由上图可知,点与原点连线斜率最大
由得:
本题正确选项:
9.【云南省云天化中学2018-2019学年高二上学期期中考试】已知是坐标原点,点
,若点为平面区域上的一个动点,则的最小值是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
作出可行域如图:
由图象可知当M为A在直线上的射影时,最小,即,故选A.
10.【西省上高县第二中学2019届高三第七次(3月)月考】设为坐标原点,点,若点 满足,则取得最小值时,点的个数是( )
A.1 B.2 C.3 D.无数
【答案】B
【解析】
解:x2+y2﹣2x﹣2y+1≥0即(x﹣1)2+(y﹣1)2≥1,
表示以(1,1)为圆心、以1为半径的圆周及其以外的区域.
当目标函数的图象同时经过目标区域上的点(1,2)、(2,1)时,
目标函数取最小值3.
故点B有两个.
故选:B.
11.【河北省保定市2019年高三第二次模拟考试】设变量满足约束条件,则目标函数的最大值是( )
A. B. C.1 D.
【答案】D
【解析】
作出不等式组表示的平面区域如下:
求得区域的顶点分别为:
因为,它表示点到原点距离的平方
计算三点到原点的距离分别为:
所以点到原点的距离最大
所以的最大值是.
故选:D
12.【安徽省淮南市第一中学2018-2019年高一年级第二学期第二次段考】已知,满足约束条件,则函数的最小值为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
由已知得到可行域如图阴影所示:
目标函数的几何意义是区域内的点到 距离的平方,又,
所以函数的最小值为
故选:D.
13.【天津市部分区2019届高三联考一模】设变量满足约束条件,则目标函数的最大值是( )
A.2 B.3 C.5 D.7
【答案】C
【解析】
画出约束条件,表示的可行域,如图,
由可得,
将变形为,
平移直线,
由图可知当直经过点时,
直线在轴上的截距最大,
最大值为,故选C.
14.【2019年山西省太原市高三模拟试题(二)】已知实数满足,则的取值范围为( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
表示的是可行域内的点与连线的斜率减去.画出可行域如下图所示,,,即与连线的斜率取值范围是,再减去得,故选B.
15.【湖南湖北八市十二校2019届高三第一次调研联考】已知实数满足:,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
由约束条件作出可行域如图:
, .
令,变形可得,平移目标函数线使之经过可行域,当目标函数线过点时,纵截距最小,此时取得最大值,即.当目标函数线过点时,纵截距最大,此时取得最小值,即.
因为点不在可行域内,所以.故B正确.
16.【湖北省武汉市2019届高中毕业生二月调研测试】若满足约束条件,则的取值范围为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
由,得,作可行域如图所示,
其中,
的最优解在平行四边形的4个边上,
当位于线段时,
,因为,所以;
当位于线段时,
;
当位于线段时,
;
当位于线段时,
.
综上可知,的取值范围是,故选D.
17.【2019年甘肃省高三下学期(5)月月考】设,满足约束条件,则的最小值是________.
【答案】0
【解析】
画出可行域如下图所示,由图可知当平移到过点时,.
18.【山东省栖霞市2019届高三高考模拟卷(新课标I)】已知实数,满足,则目标函数的最大值为________.
【答案】3
【解析】
由约束条件可得可行域如下图阴影部分所示:
则求的最大值等价于求解直线在轴截距的最大值
由平移可知,当过点时,在轴截距最大
由得:
本题正确结果:
19.【河南省八市重点高中联盟“领军考试”2019届高三压轴】已知,若,则的取值范围是______.
【答案】
【解析】
根据绝对值的三角不等式,可得,
,
又由,
故,,
由取等条件知,,
画出可行域如图,
设,当直线分别经过点和时,目标函数取得最大值和最小值,所以.
20.【浙江省衢州市2018-2019学年高一年级6月教学质量检测】若点,满足约束条件,则的最大值为________,以,为坐标的点所形成平面区域的面积等于________.
【答案】
【解析】
由约束条件可得可行域如下图阴影部分所示:
的最大值即为:直线在轴截距的最大值
由平移可知,当过时,在轴截距最大
由得:
由得:;由得:
平面区域面积为:
本题正确结果:;
21.【福建省晋江市季延中学2017-2018学年高二下学期期末考试】某厂拟用集装箱托运甲、乙两种货物,集装箱的体积、重量、可获利润和托运能力等限制数据列在表中,如何设计甲、乙两种货物应各托运的箱数可以获得最大利润,最大利润是多少?
【答案】当托运甲4箱,乙1箱时利润最大,最大利润为9000元.
【解析】
设甲、乙两种货物应各托运的箱数为x,y,则
-
目标函数,
画出可行域如图.
由.-
易知当直线平移经过点时,z取得最大值百元即9000元
答:当托运甲4箱,乙1箱时利润最大,最大利润为9000元.
22.【山西省晋中市和诚高中有限公司2019届高三8月月考】某研究所计划利用宇宙飞船进行新产品搭载试验,计划搭载若干件新产品A,B,该研究所要根据产品的研制成本、产品重量、搭载试验费用和预计收益来决定具体安排,通过调查得到的有关数据如表:
每件A产品
每件B产品
研制成本、搭载试验
费用之和(万元)
20
30
产品重量(千克)
10
5
预计收益(万元)
80
60
已知研制成本、搭载试验费用之和的最大资金为300万元,最大搭载重量为110千克,则如何安排这两种产品进行搭载,才能使总预计收益达到最大,求最大预计收益是多少.
【答案】960万元
【解析】
设搭载A产品x件,B产品y件,则预计收益z=80x+60y,由题意知,
作出可行域如图所示.
作出直线l:80x+60y=0并平移,由图形知,当直线经过点M时,z取得最大值,由解得即M(9,4).
所以zmax=80×9+60×4=960(万元),所以搭载9件A产品,4件B产品,才能使总预计收益达到最大,最大预计收益为960万元.
能力提升训练
1.【河北省邢台市2018-2019学年高一下学期第三次月考】设满足约束条件,则的最小值为( )
A.3 B.4 C.5 D.10
【答案】B
【解析】
如图由题意得到可行域,改写目标函数得,当取到点时得到最小值,即故选
2.【广东省2019届高三适应性考试】已知实数,满足约束条件,则的最小值为( )
A.-6 B.-4 C.-3 D.-1
【答案】A
【解析】
由z=﹣2x+y,得y=2x+z,作出不等式对应的可行域(阴影部分),
平移直线y=2x+z,由平移可知当直线y=2x+z,
经过点A时,直线y=2x+z的截距最大,此时z取得最小值,
由,解得A(3,0).
将A的坐标代入z=﹣2x+y,得z=﹣6,
即目标函数z=﹣2x+y的最小值为﹣6.
故选:A.
3.【北京市东城区2019届高三第二学期综合练习(一)】若满足则的最大值为
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】
绘制不等式组表示的平面区域如图所示,
目标函数即:,
其中z取得最大值时,其几何意义表示可行域内的点到直线距离的倍最大,
据此可知目标函数在点A处取得最大值,
联立直线方程:,可得点的坐标为:,
据此可知目标函数的最大值为:.
故选:D.
4.【河南省洛阳市2018-2019学年高二5月质量检测(期末)】已知实数,满足,则的最大值为( )
A.5 B.4 C. D.
【答案】A
【解析】
由约束条件可得可行域如下图阴影部分所示:
则
取最大值时,取最大值
又的几何意义为与连线的斜率
由图象可知:
本题正确选项:
5.【晋冀鲁豫中原名校2019届高三第三次联考】设满足约束条件,则的最小值为( )
A.
B.
C.
D.
【答案】D
【解析】
由图知的最小值为原点到直线的距离,则最小距离为.故选D.
6.【内蒙古集宁一中(西校区)2018-2019学年高二上学期期中考试】已知变量x,y满足约束条件的最小值为 ( )
A. B. C.8 D.10
【答案】D
【解析】
作出不等式组表示的平面区域,即可行域,如图所示:
因为的几何意义是点与可行域上点间距离的平方,
显然长度最小,则的最小值为,
故选D.
7.【广东省2019届广州市高中毕业班综合测试(一)】已知关于x,y的不等式组
,表示的平面区域内存在点,满足,则m的取值范围是______.
【答案】
【解析】
作出x,y的不等式组对应的平面如图:
交点C的坐标为,
直线的斜率为,斜截式方程为,
要使平面区域内存在点满足,
则点必在直线的下方,
即,解得,并且A在直线的上方;,
可得,解得,
故m的取值范围是:
故答案为:
8.【湖南省长郡中学2019届高三下学期第六次月考】已知实数满足约束条件:
,若只在点处取得最小值,则的取值范围是______.
【答案】
【解析】
由实数x,y满足约束条件:作可行域如图,
联立,解得.
当时,目标函数化为,由图可知,
可行解使取得最大值,符合题意;
当时,由,得,此直线斜率大于0,当在轴上截距最大时最大,
可行解为使目标函数的最优解,符合题意;
当时,由,得,此直线斜率为负值,
要使可行解为使目标函数取得最大值的唯一的最优解,则,即.
综上,实数的取值范围是,故答案为.
9.【广东省湛江市2019年普通高考测试(二)】若实数满足不等式组,且的最小为,则实数______.
【答案】
【解析】
画出可行域如图阴影部分所示:
当过A时取得最小值,联立得A,则,解m=
故答案为
10.【青海省西宁市湟川中学2019届高三上学期第三次月考】若满足约束条件,的最小值为,则________.
【答案】4
【解析】
由约束条件可得可行域如下图阴影部分所示:
取最小值时,即在轴截距最小
平移直线可知,当过点时,在轴截距最小
由得:
,解得:
本题正确结果:
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