2022届高考数学基础总复习提升之专题突破详解 专题34 线性规划(含解析).doc
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- 2022届高考数学基础总复习提升之专题突破详解 专题34 线性规划含解析 2022 高考 数学 基础 复习 提升 专题 突破 详解 34 线性规划 解析
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1、专题34 线性规划一学习目标【学习目标】1会从实际情境中抽象出二元一次不等式组,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,会从实际情境中抽象出一些简单的二元线性规划问题,并能加以解决2掌握确定平面区域的方法;理解目标函数的几何意义,注意线性规划问题与其他知识的综合二知识点总结【知识要点】1二元一次不等式表示的平面区域(1)二元一次不等式AxByC0在平面直角坐标系中表示直线AxByC0某一侧的所有点组成的平面区域(半平面),不包括边界直线不等式AxByC0所表示的平面区域(半平面)包括边界直线(2)在平面直角坐标系中,设直线AxByC0(B不为0)及点P(x0,y0),则
2、若B0,Ax0By0C0,则点P(x0,y0)在直线的上方,此时不等式AxByC0表示直线AxByC0的上方的区域若B0,Ax0By0C0,则点P在直线的下方,此时不等式AxByC0表示直线AxByC0的下方的区域若是二元一次不等式组,则其平面区域是所有平面区域的公共部分2线性规划相关概念名称意义约束条件目标函数中的变量所要满足的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关于x,y的函数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线性目标函数目标函数是关于变量的一次函数最优解使目标函数取得最大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
3、数的最大值或最小值3.常见简单的二元线性规划实际问题一是在人力、物力、资金等资源一定的条件下,如何使用它们完成最多的任务;二是给定一项任务,如何合理安排和规划,能以最少的人力、物力、资金等资源来完成该项任务解线性规划问题的一般步骤:审题、设元列出约束条件 (通常为不等式组)建立目标函数作出可行域求最优解三解题方法总结.二元一次不等式(组)表示的平面区域确定的方法第一种:若用ykxb表示的直线将平面分成上下两部分不等式区域ykxb表示直线上方的半平面区域ykxb表示直线下方的半平面区域第二种:用AxByC0(B0)表示的直线将平面分成上下两部分(B0读者完成)不等式B0B0AxByC0表示直线上
4、方的半平面区域表示直线下方的半平面区域AxByC0表示直线下方的半平面区域表示直线上方的半平面区域联系:将AxByC0表示的直线转化成ykxb的形式即是第一种.第三种:选特殊点判定(如原点),取一点坐标代入二元一次不等式(组),若成立,则平面区域包括该点,反之,则不包括.2.线性规划问题求解策略(1)解决线性规划问题时,找出约束条件和目标函数是关键,一般步骤如下:作:确定约束条件,并在坐标系中作出可行域;移:由zaxby变形为yx,所求z的最值可以看成是求直线yx在y轴上的截距的最值(其中a,b是常数,z随x,y的变化而变化),将直线axby0平移,在可行域中观察使最大(或最小)时所经过的点;
5、求:求出取得最大值或最小值的点的坐标,并将其代入目标函数求得最大值和最小值;答:写出最后结论.(2)可行域可以是一个一侧开放的平面区域,也可以是一个封闭的多边形,若是一个多边形,目标函数的最优解一般在多边形的某个顶点处取得.(3)若要求的最优解是整数解,而通过图象求得的是非整数解,这时应以与线性目标函数的距离为依据,在直线的附近寻求与此直线最近的整点,或者用“调整优值法”去寻求最优解.四.命题陷阱类型分析1.简单的线性规划例1若实数满足条件,则的最大值为( )A. 21 B. 17 C. 14 D. 5【答案】B练习1已知实数, 满足,则的最大值是( )A. B. C. D. 【答案】B【解析
6、】作出可行域,如图所示:当直线经过点B时, 最大,即,故选:B2已知实数满足,则目标函数的最大值为( )A. B. 3 C. 2 D. 【答案】C【解析】如图所示,当时,目标函数的最大值为故选。【方法总结】本题主要考查的是线性规划的基本应用的问题。由约束条件作出不等式组对应的平面区域,利用的几何意义是解决线性规划问题的关键,数形结合得到最优解,联立方程组求得最优解的坐标,代入目标函数即可求解2.与斜率有关的线性规划例2已知实数 、 满足 ,求 的最大值是( )A. B. C. D. 【答案】C【解析】由线性约束条件作出可行域如图, 练习1设变量x,y满足约束条件,则的最大值为()A. 6 B.
7、 3 C. D. 1【答案】A【解析】画出不等式组表示的可行域(如图阴影部分所示)表示可行域内的点与原点连线的斜率结合图形可得,可行域内的点A与原点连线的斜率最大由,解得,故得所以选A练习2.实数满足,则的取值范围是 ( )A. B. C. D. 【答案】C【解析】设=k,即kxy=0,故选:C.【方法总结】:利用线性规划求最值的步骤:(1)在平面直角坐标系内作出可行域(2)考虑目标函数的几何意义,将目标函数进行变形常见的类型有截距型(型)、斜率型(型)和距离型(型)(3)确定最优解:根据目标函数的类型,并结合可行域确定最优解(4)求最值:将最优解代入目标函数即可求出最大值或最小值。注意解答本
8、题时不要忽视斜率不存在的情形.3.已知实数满足,求的取值范围_【答案】【解析】作出可行域如图所示:所以.故答案为: .【方法总结】:本题主要考查线性规划中利用可行域求目标函数的最值,属简单题.求目标函数最值的一般步骤是“一画、二移、三求”:(1)作出可行域(一定要注意是实线还是虚线);(2)找到目标函数对应的最优解对应点(在可行域内平移变形后的目标函数,最先通过或最后通过的顶点就是最优解);(3)将最优解坐标代入目标函数求出最值.3.与距离有关的线性规划例3. 关于、的不等式组所表示的平面区域记为,不等式所表示的平面区域记为,若在内随机取一点,则该点取自的概率为( )A. B. C. D. 【
9、答案】A【解析】的面积为,半圆的面积为,故概率为.练习1. 设点是平面区域内的任意一点,则的最小值为 ( )A. B. C. D. 【答案】B【解析】作可行域如图, ,其中M(2,0),因为 的最小值为5-4=1,选B练习2.在不等式组所表示的平面区域上,点在曲线上,那么的最小值是( )A. B. C. D. 1【答案】D【解析】如图,画出平面区域(阴影部分所示),由圆心向直线作垂线,圆心到直线的距离为,又圆的半径为1,所以可求得的最小值是1故选D.【方法总结】利用线性规划求最值的步骤:(1)在平面直角坐标系内作出可行域(2)考虑目标函数的几何意义,将目标函数进行变形常见的类型有截距型(型)、
10、斜率型(型)和距离型(型)(3)确定最优解:根据目标函数的类型,并结合可行域确定最优解(4)求最值:将最优解代入目标函数即可求出最大值或最小值.注意解答本题时不要忽视斜率不存在的情形.3.若实数满足不等式组,且的最大值为 ,则等于( )A. B. C. D. 1【答案】A=3x+2y+23a的最大值为:5,由可行域可知z=3x+2y+23a,经过A时,z取得最大值,由,可得A(1,3)可得3+6+23a=5,解得a=2故选:A【方法总结】:本题考查的是线性规划问题,解决线性规划问题的实质是把代数问题几何化,即数形结合思想.需要注意的是:一,准确无误地作出可行域;二,画目标函数所对应的直线时,要
11、注意让其斜率与约束条件中的直线的斜率进行比较,避免出错;三,一般情况下,目标函数的最大值或最小值会在可行域的端点或边界上取得.4.对于实数,定义是不超过的最大整数,例如: 在直角坐标平面内,若满足,则的最小值为_【答案】2【解析】或者,即或表示的可行域如图所示:可以看作可行域内点到点距离的平方由图可知,可行域内的点到到点的距离的平方最小的最小值为2故答案为2.【方法总结】:本题考查线性规划,点与点之间的距离公式以及新定义问题,属于难题. 新定义题型的特点是:通过给出一个新概念,或约定一种新运算,或给出几个新模型来创设全新的问题情景,要求考生在阅读理解的基础上,依据题目提供的信息,联系所学的知识
12、和方法,实现信息的迁移,达到灵活解题的目的.解答本题的关键是理解新定义,画出正确的可行域.5满足,则的最小值为_【答案】【解析】作出可行域: 【方法总结】:线性规划问题,首先明确可行域对应的是封闭区域还是开放区域、分界线是实线还是虚线,其次确定目标函数的几何意义,是求直线的截距、两点间距离的平方、直线的斜率、还是点到直线的距离等等,最后结合图形确定目4.可行域含参数例4. 若实数, 满足且的最小值为4,则实数的值为( )A. B. C. D. 【答案】D【解析】作出不等式组对于的平面区域如图:z=2x+y的最小值为4,即2x+y=4,且y=2x+z,则直线y=2x+z的截距最小时,z也取得最小
13、值,【方法总结】:线性规划问题,首先明确可行域对应的是封闭区域还是开放区域、分界线是实线还是虚线,其次确定目标函数的几何意义,是求直线的截距、两点间距离的平方、直线的斜率、还是点到直线的距离等等,最后结合图形确定目标函数最值取法、值域范围.练习1设不等式组,所表示的区域面积为.若,则( )A. B. C. D. 【答案】A【解析】如图:当与交点为时面积为,此时,若则故选练习2. 已知不等式组表示平面区域的面积为4,点在所给的平面区域内,则的最大值为( )A. 2 B. 4 C. 6 D. 8【答案】C【解析】作可行域如图,可得 ,所以直线过点A(2,2)时取最大值6,选C.3.设满足约束条件,
14、且目标函数的最大值为16,则( )A. 10 B. 8 C. 6 D. 4【答案】A5.目标函数含参数例5. 设, 满足约束条件,若目标函数的最大值为,则的值为( )A. B. C. D. 【答案】A【解析】根据不等式组得到可行域是一个封闭的四边形区域,目标函数化为 当直线过点时,有最大值,将点代入得到 故答案为:A.练习1.若不等式组所表示的平面区域被直线: 分为面积相等的两部分,则( )A. B. C. D. 【答案】A【解析】由题意 可画出可行域为如图ABC及其内部所表示的区域,联立可行域边界所在直线方程,可得A(1,1),B,C(4,6)因为直线l:ym(x1)1过定点A(1,1),直
15、线l平分ABC的面积,所以直线l过边BC的中点D,易得D,代入mxym10,得m,故选A.练习2.已知实数满足约束条件,若的最大值为4,则( )A. 2 B. C. 3 D. 4【答案】C【解析】由约束条件作出可行域如图,联立 ,解得,由图得化目标函数为 当直线过或时,直线在轴上的截距最小, 有最大值把代入,得,符合题意;把代入得 故选C.练习3.设, 满足线性约束条件若目标函数()取得最大值的最优解有无数个,则的最小值为( )A. B. C. D. 【答案】B【解析】由题可知约束区域如图所示:由得4.设变量满足约束条件若目标函数取得最大值时的最优解不唯一,则实数a的值为_.【答案】【解析】可
16、行域如图所示,当,因取最大值时的最优解不唯一,故取最大值时动直线与直线重合,此时;当时,因取最大值时的最优解不唯一,故取最大值时动直线与直线重合,此时,填或.5. 当实数x,y满足时,axy4恒成立,则实数a的取值范围是_【答案】【解析】由约束条件作可行域如图联立,解得,联立,解得,在中取得,由得,要使恒成立,则平面区域在直线的下方,若,则不等式等价为,此时满足条件,若,即,平面区域满足条件,若,即时,要使平面区域在直线的下方,则只要B在直线的下方即可,即,得,综上,实数的取值范围是,故答案为.6.含绝对值得线性规划问题例6. 已知实数x、y满足: ,z|2x2y1|,则z的取值范围是()A.
17、 ,5 B. 0,5C. 0,5) D. ,5)【答案】C【解析】画出x,y约束条件限定的可行域为如图阴影区域,令u2x2y1,则yx,先画出直线yx,再平移直线yx,当经过点A(2,1),B(,)时,可知u5,z|u|0,5),故选C练习1. 实数, 满足,目标函数的最大值为( )A. B. C. D. 【答案】B【解析】【方法总结】本题主要考查线性规划中利用可行域求目标函数的最值,属简单题.求目标函数最值的一般步骤是“一画、二移、三求”:(1)作出可行域(一定要注意是实线还是虚线);(2)找到目标函数对应的最优解对应点(在可行域内平移变形后的目标函数,最先通过或最后通过的顶点就是最优解);
18、(3)将最优解坐标代入目标函数求出最值.练习2已知实数满足,则的最小值是( )A. 6 B. 5 C. 4 D. 3【答案】C【解析】由约束条件作出可行域如图,联立,解得A(2,4),z=2|x2|+|y|=2x+y+4,化为y=2x+z4由图可知,当直线y=2x+z4过A时,直线在y轴上的截距最小,z有最小值为4故选:C3已知实数满足,则的最小值为( )A. B. C. D. 【答案】D4若满足约束条件,则的最大值为( )A. 3 B. 7 C. 9 D. 10【答案】C【解析】画出不等式组表示的可行域(如图阴影部分所示),由可行域可知, ,设,则平移直线,由图形可得,当直线经过可行域内的点
19、A时,直线在y轴上的截距最大,此时z取得最大值由解得故点A的坐标为(1,2)选C5若对圆上任意一点, 的取值与无关,则实数的取值范围是( )A. B. C. D. 【答案】B【解析】令,则等价于的值与无关,所以,即,所以圆的区域位于两平行线区域之间,所以,所以,故选B。6变量满足约束条件,则目标函数的取值范围是( )A. B. C. D. 【答案】D【解析】不等式表示的区域为如图所示的阴影部分,三个交点坐标分别为.目标函数,即目标函数过(2,0)时,取得最大值为9,过时,取得最小值为,目标函数的取值范围是,则的取值范围是.本题选择D选项.7.设满足约束条件,则的最大值是_【答案】2【解析】画出
20、不等式组表示的平面区域如图中的阴影部分所示由图形得,当时, ,且当直线经过点时有最大值2,故可得的最大值为2答案:2 7.其它的非线性规划例7.已知直线 过点,若可行域的外接圆直径为20,则_【答案】【解析】练习1设实数满足约束条件,则的最小值为._【答案】1【解析】画出可行域如图所示,取等号.【方法总结】:线性规划问题,首先明确可行域对应的是封闭区域还是开放区域、分界线是实线还是虚线,其次确定目标函数的几何意义,是求直线的截距、两点间距离的平方、直线的斜率、还是点到直线的距离等等,最后结合图形确定目标函数最值取法、值域范围.练习2.)已知log (xy4)log (3xy2),若xy恒成立,
21、则的取值范围是_【答案】10,)【解析】由log (xy4)3xy20,可行域如图中阴影部分所示,不包括边界而xy恒成立等价于(xy)max,由可行域知,zxy过点A(3,7)时取得最大值10,而点A不在可行域内,所以的取值范围是10,)【方法总结】:线性规划的实质是把代数问题几何化,即数形结合的思想.需要注意的是:一,准确无误地作出可行域;二,画目标函数所对应的直线时,要注意与约束条件中的直线的斜率进行比较,避免出错;三,一般情况下,目标函数的最大或最小值会在可行域的端点或边界上取得.3已知实数满足,且,则的取值范围是_【答案】【解析】,令,则,由图可知,当时, ,当过时, ,所以原式的取值
22、范围是。4已知点P(x,y)的坐标满足则的取值范围为_.【答案】【解析】作出满足条件的可行域如图中阴影部分所示,设A(1,1),P(x,y)为可行域内的一动点,向量,的夹角为,|, xy,cos 【方法总结】:线性规划问题,首先明确可行域对应的是封闭区域还是开放区域、分界线是实线还是虚线,其次确定目标函数的几何意义,是求直线的截距、两点间距离的平方、直线的斜率、还是点到直线的距离等等,最后结合图形确定目标函数最值取法、值域范围.5已知函数(1)若,且,求的最大值;(2)当时, 恒成立,且,求的取值范围【答案】(1);(2).【解析】试题分析:(1)由可得,利用基本不等式即可求得的最大值;(2)
23、当时, 恒成立等价于,利用线性规划求解,画出可行域,要求的范围,先根据可行域以及经过两点的斜率公式求经过两点与的直线的斜率的取值范围是,从而可得结果.试题解析:(1) , ,即, , , ,当且仅当时等号成立,即(2)当时, 恒成立,且,且,即,满足此不等式组的点构成图中的阴影部分,由图可得,经过两点与的直线的斜率的取值范围是,的取值范围是五.高考真题演练1.【2017课标II,理5】设,满足约束条件,则的最小值是( )A B C D【答案】A【解析】试题分析:绘制不等式组表示的可行域,目标函数即:,其中表示斜率为的直线系与可行域有交点时直线的截距值,数形结合可得目标函数在点 处取得最小值 ,
24、故选A。【考点】 应用线性规划求最值【名师点睛】求线性目标函数zaxby(ab0)的最值,当b0时,直线过可行域且在y轴上截距最大时,z值最大,在y轴截距最小时,z值最小;当b0时,直线过可行域且在y轴上截距最大时,z值最小,在y轴上截距最小时,z值最大。2.【2017天津,理2】设变量满足约束条件则目标函数的最大值为(A) (B)1(C) (D)3【答案】 【名师点睛】线性规划问题有三类:(1)简单线性规划,包括画出可行域和考查截距型目标函数的最值,有时考查斜率型或距离型目标函数;(2)线性规划逆向思维问题,给出最值或最优解个数求参数取值范围;(3)线性规划的实际应用,本题就是第三类实际应用
25、问题.3.【2017山东,理4】已知x,y满足,则z=x+2y的最大值是(A)0 (B) 2 (C) 5 (D)6【答案】C【考点】 简单的线性规划【名师点睛】利用线性规划求最值,一般用图解法求解,其步骤是:(1)在平面直角坐标系内作出可行域;(2)考虑目标函数的几何意义,将目标函数进行变形;(3)确定最优解:在可行域内平行移动目标函数变形后的直线,从而确定最优解;(4)求最值:将最优解代入目标函数即可求出最大值或最小值4.【2017山东,理7】若,且,则下列不等式成立的是(A) (B)(C) (D)【答案】B【解析】试题分析:因为,且,所以 ,所以选B.【考点】1.指数函数与对数函数的性质.
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