数学人教B版必修5教学设计:3.5.2简单线性规划 WORD版含答案.DOC
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- 数学人教B版必修5教学设计:3.5.2简单线性规划 WORD版含答案 学人 必修 教学 设计 3.5 简单 线性规划 WORD 答案
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1、教学设计35.2简单线性规划整体设计教学分析本节内容在教材中有着重要的地位与作用线性规划是利用数学为工具,来研究一定的人、财、物等资源在一定条件下,如何精打细算巧安排,用最少的资源,取得最大的经济效益它是数学规划中理论较完整、方法较成熟、应用较广泛的一个分支,并能解决科学研究、工程设计、经济管理等许多方面的实际问题中学所学的线性规划只是规划论中的极小一部分,但这部分内容体现了数学的工具性、应用性,同时也渗透了化归、数形结合的数学思想,为学生今后解决实际问题提供了一种重要的解题方法数学建模法通过这部分内容的学习,可使学生进一步了解数学在解决实际问题中的应用,培养学生学习数学的兴趣、应用数学的意识
2、和解决实际问题的能力把实际问题转化为线性规划问题,并给出解答是本节的重点也是难点对许多学生来说,解数学应用题的最常见的困难是不会将实际问题转化成数学问题,即不会建模,所以把实际问题转化为线性规划问题作为本节的难点对学生而言,解决应用问题的障碍主要有三类:不能正确理解题意,弄清各元素之间的关系;不能分清问题的主次关系,因而抓不住问题的本质,无法建立数学模型;孤立地考虑单个的问题情境,不能多方面联想,形成正迁移针对这些障碍以及题目本身文字过长等因素,将本节设计为计算机辅助教学,充分利用现代化教学工具,从而将实际问题鲜活直观地展现在学生面前,以利于理解实际教学中注意以下几个问题:用图解法解决线性规划
3、问题时,分析题目的已知条件,找出约束条件和目标函数是关键可先将题目中的量分类、列出表格,理清头绪,然后列出不等式组(方程组)寻求约束条件,并就题目所述找到目标函数可行域就是二元一次不等式组所表示的平面区域,可行域可以是封闭的多边形,也可以是一侧开放的无限大的平面区域如果可行域是一个凸多边形,那么一般在其顶点处使目标函数取得最大值或最小值,最优解一般就是多边形的某个顶点到底哪个顶点为最优解,可有两种确定方法:一是将目标函数的直线平行移动,最先通过或最后通过的顶点便是;另一种方法可利用围成可行域的直线的斜率来判断若实际问题要求的最优解是整数解,而我们利用图解法得到的解为非整数解(近似解),应作适当
4、的调整其方法应以与线性目标函数的直线的距离为依据,在直线的附近寻求与此直线距离最近的整点,不要在用图解法所得到的近似解附近寻找如果可行域中的整点数目很少,采用逐个试验法也是很有效的办法在线性规划的实际问题中,主要掌握两种类型:一是给定一定数量的人力、物力资源,问怎样运用这些资源能使完成的任务量最大,收到的效益最大;二是给定一项任务,问怎样统筹安排,能使完成的这项任务耗费的人力、物力资源最小如果条件允许,可将本节的思考与讨论融入课堂三维目标1使学生了解线性规划的意义以及约束条件、目标函数、可行解、可行域、最优解等基本概念;了解线性规划问题的图解法,并能应用它解决一些简单的实际问题2通过本节内容的
5、学习,培养学生观察、联想以及作图的能力,渗透集合、化归、数形结合的数学思想,提高学生“建模”和解决实际问题的能力3通过本节学习,理解线性规划求最优解的原理,明确线性规划在现实生活中的意义重点难点教学重点:求线性目标函数的最值问题,培养学生“用数学”的意识,理解线性规划最优解的原理教学难点:把实际问题转化为线性规划问题,并给出解答课时安排2课时教学过程第1课时导入新课思路1.(问题引入)由身边的线性规划问题导入课题,同时阐明其重要意义如6枝玫瑰花与3枝康乃馨的价格之和大于24元而4枝玫瑰与5枝康乃馨的价格之和小于22元如果想买2枝玫瑰与3枝康乃馨,那么价格比较结果是怎样的呢?可由学生列出不等关系
6、,并画出平面区域由此导入新课思路2.(章头问题引入)在生产与营销活动中,我们常常需要考虑:怎样利用现在的资源取得最大的收益,或者怎样以最少的资源投入去完成一项给定的任务我们把这一类问题称为“最优化”问题线性规划知识恰是解决这类问题的得力工具由此展开新课推进新课(1)回忆二元一次不等式AxByC0在平面直角坐标系中的平面区域的确定方法.(2)怎样从实际问题中抽象出不等式组,并画出所确定的平面区域?(3)阅读教材,明确什么是目标函数,线性目标函数,约束条件,线性约束条件,线性规划问题,最优解,可行域.,(4)你能给出解决线性规划问题的一般步骤吗?活动:教师引导学生回顾二元一次不等式表示平面区域常用
7、的方法是:直线定界、原点定域,即先画出对应直线,再将原点坐标代入直线方程中,看其值比零大还是比零小;不等式组表示的平面区域是各个不等式所表示的平面点集的交集,是它们平面区域的公共部分教师引导学生探究教材本节开头的问题根据上节所学,学生很容易设出计划生产甲种产品x工时,生产乙种产品y工时,且很容易地列出获得利润总额为f30x40y,及x,y满足的条件教师引导学生画出上述不等式组表示的区域,如下图结合图形,教师与学生一起探究,原问题就是在x,y满足的情况下,求f的最大值也就是在图中阴影部分内找一点,把它的坐标代入式子30x40y时,使该式值最大若令30x40y0,则此方程表示通过原点的一条直线,记
8、为l0,则在区域OABC内有30x40y0.设这个区域内任意一点P(x,y)到l0的距离为d,则d,即30x40yd.由此可发现,点P(x,y)到直线l0的距离d越大,式子30x40y的值就越大这样问题又转化为:在区域OABC内,找与直线l0距离最大的点观察图象易发现,平移直线l0,最后经过的点为B,易知区域OABC内的点B即为所求解方程组得B(200,300),代入式子,得fmax302004030018 000.即问题中,用200工时生产甲种产品,用300工时生产乙种产品,能获得最大利润18 000元进一步探究上述问题,不等式组是一组对变量x、y的约束条件,由于这组约束条件都是关于x、y的
9、一次不等式,所以又可称其为线性约束条件z2xy是欲达到最大值或最小值所涉及的变量x、y的解析式,我们把它称为目标函数由于z2xy又是关于x、y的一次解析式,所以又可叫做线性目标函数线性约束条件除了用一次不等式表示外,也可用一次方程表示一般地,求线性目标函数在线性约束条件下的最大值或最小值的问题,统称为线性规划问题例如:我们刚才研究的就是求线性目标函数z2xy在线性约束条件下的最大值和最小值的问题,即为线性规划问题满足线性约束条件的解(x,y)叫做可行解,由所有可行解组成的集合叫做可行域其中,使目标函数取得最大值或最小值的可行解叫做这个问题的最优解,接着让学生说出上述问题中的目标函数,约束条件,
10、可行域,最优解分别是什么根据以上探究,我们可以得出用图解法解决线性规划问题的一般步骤:(1)分析并将已知数据列出表格;(2)确定线性约束条件;(3)确定线性目标函数;(4)画出可行域;(5)利用线性目标函数求出最优解在可行域内平行移动目标函数,从图中能判定问题有唯一最优解,或者是无穷最优解,或是无最优解;(6)实际问题需要整数解时,应适当调整确定最优解讨论结果:(1)(4)略例1已知x、y满足不等式求z3xy的最小值活动:可先找出可行域,平行移动直线l0:3xy0找出可行解,进而求出目标函数的最小值解:不等式x2y2表示直线x2y2上及其右上方的点的集合;不等式2xy1表示直线2xy1上及其右
11、上方的点的集合可行域如图所示作直线l0:3xy0,作一组与直线l0平行的直线l:3xyt(tR)x、y是上面不等式组表示的区域内的点的横纵坐标,由图可知,当直线l:3xyz通过点P(0,1)时,z取到最小值1,即zmin1.点评:简单线性规划问题就是求线性目标函数在线性约束条件下的最优解,无论此类题目是以什么实际问题提出,其求解的格式与步骤是不变的(1)寻找线性约束条件,线性目标函数;(2)由二元一次不等式表示的平面区域作出可行域;(3)在可行域内求目标函数的最优解.变式训练若变量x,y满足则z3x2y的最大值是_答案:70解析:由不等式组画出可行域如下图结合图形,由于是zmax3102207
12、0.例2(教材本小节例2)活动:教材此例的数据以表格的形式给出这样可使量与量之间的关系一目了然,非常有助于我们顺利地找出约束条件和目标函数,特别是对于那些量比较多的问题本例难度不大,可由学生自己完成,教师给予适当点拨点评:完成此例后,可让学生对应用线性规划解决实际问题作一简单归纳对较好的学生,教师可结合思考与讨论进行归纳.变式训练某家具厂有方木料90 m3,五合板600 m2,准备加工成书桌和书橱出售已知生产每张书桌需要方木料0.1 m3、五合板2 m2;生产每个书橱需要方木料0.2 m3、五合板1 m2.出售一张书桌可获利润80元,出售一个书橱可获利润120元,如果只安排生产书桌,可获利润多
13、少?如果只安排生产书橱,可获利润多少?怎样安排生产可使所得利润最大?解:(1)设只生产书桌x张,可获得利润z元,则x300.z80x,当x300时,zmax8030024 000(元),即如果只安排生产书桌,最多可生产300张书桌,获得利润24 000元(2)设只生产书橱y张,可获利润z元,则y450.z120y,当y450时,zmax12045054 000(元),即如果只安排生产书橱,最多可生产450个,获得利润54 000元(3)设生产书桌x张,书橱y个,利润总额为z元则z80x120y,可行域如图由图可知:当直线yx经过可行域上的点M时,截距最大,即z最大,解方程组得M的坐标为(100
14、,400)zmax80x120y8010012040056 000(元)因此,生产书桌100张、书橱400个,可使所得利润最大,最大利润为56 000元.例3某工厂生产甲、乙两种产品已知生产甲种产品1 t需耗A种矿石10 t、B种矿石5 t、煤4 t;生产乙种产品需耗A种矿石4 t、B种矿石4 t、煤9 t每1 t甲种产品的利润是600元,每1 t乙种产品的利润是1 000元工厂在生产这两种产品的计划中要求消耗A种矿石不超过300 t、B种矿石不超过200 t、煤不超过360 t,甲、乙两种产品应各生产多少(精确到0.1 t),能使利润总额达到最大?活动:将已知数据列成下表,然后按线性规划解决
15、实际问题的步骤完成,本例可由学生自己完成解:设生产甲、乙两种产品分别为x t、y t,利润总额为z元,那么目标函数为z600x1 000y.作出以上不等式组所表示的平面区域,即可行域如图作直线l:600x1 000y0,即直线l:3x5y0.把直线l向右上方平移至l1的位置时,直线经过可行域上的点M,且与原点距离最大,此时z600x1 000y取最大值解方程组得x12.4,y34.4.M的坐标为(12.4,34.4)答:应生产甲产品约12.4 t,乙产品34.4 t,能使利润总额达到最大1设变量x,y满足约束条件:则zx3y的最小值为()A2 B4 C6 D82医院用甲、乙两种原料为手术后的病
16、人配营养餐甲种原料每10 g含5单位蛋白质和10单位铁质,售价3元;乙种原料每10 g含7单位蛋白质和4单位铁质,售价2元若病人每餐至少需要35单位蛋白质和40单位铁质试问:应如何使用甲、乙原料,才能既满足营养,又使费用最省?答案:1D解析:在坐标平面内画出不等式组所表示的平面区域,作出直线x3y0,平移该直线,并结合图形(图略)知点(2,2)为最优解所以目标函数的最小值为zmin2328,故选D.2活动:将已知数据列成下表:原料/10 g蛋白质/单位铁质/单位甲510乙74费用32设甲、乙两种原料分别用10x g和10y g,则需要的费用为z3x2y;病人每餐至少需要35单位蛋白质,可表示为
17、5x7y35;同理,对铁质的要求可以表示为10x4y40,这样,问题成为在约束条件下,求目标函数z3x2y的最小值解:设甲、乙两种原料分别用10x g和10y g,总费用为z,那么目标函数为z3x2y,作出可行域如图把z3x2y变形为yx,得到斜率为,在y轴上的截距为,随z变化的一组平行直线由图可知,当直线yx经过可行域上的点A时,截距最小,即z最小由得A(,3),zmin32314.4.甲种原料使用1028(g),乙种原料使用31030(g)时,费用最省1让学生自己归纳整合本节所学的知识方法及用线性规划解决实际问题的方法步骤,自己在本节中的最大收获有哪些?2教师强调,通过本节学习,需掌握如何
18、用线性规划解决实际问题的解题思路:首先,应准确建立数学模型,即根据题意找出约束条件,确定线性目标函数然后,用图解法求得数学模型的解,即画出可行域,在可行域内求得使目标函数取得最值的解最后,还要根据实际意义将数学模型的解转化为实际问题的解,即结合实际情况求得最优解习题35A组3、4、5;习题35B组3.设计感想1本节内容与实际问题联系紧密,有利于培养学生学习数学的兴趣和“用数学”的意识以及解决实际问题的能力本节内容渗透了多种数学思想,是向学生进行数学思想方法教学的典型教材,也是培养学生观察、作图能力的典型教材2通过实例给出解题步骤,让其更深入了解并掌握新知这里强调的还有作图的规范问题,这是学生容
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