线性规划常见题型及解法.docx
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线性规划常见题型及解法
线性规划常见题型及解法
由已知条件写出约束条件,并作出可行域,进而通过平移直线在可行域内求线性目标函数的最优解是最常见的题型,除此之外,还有以下六类常见题型。
一、求线性目标函数的取值范围
x乞2
1、若x、y满足约束条件*y兰2,贝Uz=x+2y的取值范围是()
x+yX2
A、[2,6]B、[2,5]C[3,6]D、(3,5]
解:
如图,作出可行域,作直线I:
x+2y=0,将
I向右上方平移,过点A(2,0)时,有最小值
2,过点B(2,2)时,有最大值6,故选A
(注:
象这样目标是线性的选填题,可以代边界交点检验即可)
:
■、求可行域的面积
2xy-6_0
2、不等式组《x+y-3启0表示的平面区域的面积为()
A、4B、1C、5D、无穷大
解:
如图,作出可行域,△ABC的面积即为所求,由梯形OMBC勺面积减去梯形OMAC勺面积即可,选B
三、求可行域中整点个数x•y一2(x一0,y一0)
3、满足|x|+|y|<2的点(x,y)中整点(横纵坐标都是整数)有(
A、9个B10个C13个D、14个
解:
|x|+|y|<2等价于x•y乞2(x_0,y_0)
或x-y_2(x_0,y:
:
0)或-xy_2(x:
:
:
0,y_0)
或-x-y_2(x:
:
:
0,y:
:
:
0),作出可行域如右图,是正方形内部(包括边界)
容易得到整点个数为13个,选D(注:
根据对称性作图要容易些)
四、求线性目标函数中参数的取值范围
xy_5
4、已知x、y满足以下约束条件 x兰3 使z=-X•ay(a0))取得最小值的最优解有无数个, 则a的值为() A、一3B、3C、一1D、1 解: 如图,作出可行域,作直线I: x+ay=0,要使目标函数z=x+ay(a>0)取得最小值的最优解有无数个,则将I向右上方平移后与直线x+y=5重合,故a=1,选D 五、求非线性目标函数的最值 「2x+y-2^0 5、已知x、y满足以下约束条件」x—2y+4H0,则 3x-y「3三0 22 z=x•y的最大值和最小值分别是() A、13,1B、13,2 C、13,4 5 解: 如图,作出可行域,..x2•y2是点P(x,y)到原点的距离,故最大 2 值为点A(2,3)到原点的距离的平方,即|AO|=13;最小值为原点 4 到直线2x+y—2=0的距离的平方,即为一。 选C 5 (注: 求非线性目标的最值,一般要用到目标函数的几何意义: 如①x2y2表 」』x+2y_3x+2y_3| 示点P(x,y)到原点的距离;②x+2y—3=丁57=—^,其中表示点 V5V5 y—2 P(x,y)到直线x•2y-3=0的距离;③表示点P(x,y)到(-1,2)的斜率;) x+1 六、求约束条件中参数的取值范围 6、已知|2x—y+m|v3表示的平面区域包含点(0,0)和(一1,1),则m的取值范围是( A、(-3,6)B、(0,6)C、 解: |2x—y+m|v3等价于 Im33 由右图可知 lm-3v0 线性规划的实际应用 在科学研究、工程设计、经济管理等方面,我们都会碰到最优化决策的实际问题,而解 决这类问题的理论基础是线性规划。 利用线性规划研究的问题,大致可归纳为两种类型: 第 一种类型是给定一定数量的人力、物力资源,问怎样安排运用这些资源,能使完成的任务量 最大,的效益最大,第二种类型是给定一项任务,问怎样统筹安排,能使完成这项任务的人 力、物力资源量最小。 例1、某木器厂生产圆桌和衣柜两种产品,现有两种木料,第一种有72m3,第二种有56吊,假设生产每种产品都需要用两种木料,生产一只圆桌和一个衣柜分别所需木料如下表所示.每生产一只圆桌可获利6元,生产一个衣柜可获利10元.木器厂在现有木料条件下,圆桌和衣柜各生产多少,才使获得利润最多? 产品 木料(单位ni) 第一 种 第二种 圆桌 0.18 0.08 衣柜 0.09 0.28 '0.18x+0.09y兰72 一0.08x+0.28y兰56 解: 设生产圆桌x只,生产衣柜y个,利润总额为z兀,那么而 x30 y一0 z=6x+10y. 如上图所示,作出以上不等式组所表示的平面区域,即可行域. 作直线l: 6x+10y=0,即l: 3x+5y=0,把直线I向右上方平移至l1的位置时,直线经过可行域上 '0.18x+0.09y=72 点M,且与原点距离最大,此时z=6x+10y取最大值解方程组丿y,得M点坐 Q.08x+0.28y=56 标(350,100).答: 应生产圆桌350只,生产衣柜100个,能使利润总额达到最大. 指出: 资源数量一定,如何安排使用它们,使得效益最好,这是线性规划中常见的问题之 例2、某养鸡场有1万只鸡,用动物饲料和谷物饲料混合喂养.每天每只鸡平均吃混合饲 一1一一 料0.5kg,其中动物饲料不能少于谷物饲料的.动物饲料每千克0.9兀,谷物饲料每千克 5 0.28元,饲料公司每周仅保证供应谷物饲料50000kg,问饲料怎样混合,才使成本最低. 解: 设每周需用谷物饲料xkg,动物饲料ykg,每周总的饲料费用为z元,那么 \+y>35000 >1 y正—x十 <5,而z=0.28x+0.9y 0兰x乞50000 y-0 如下图所示,作出以上不等式组所表示的平面区域,即可行域. 经过直线 作一组平行直线0.28x+0.9y=t,其中经过可行域内的点且和原点最近的直线 十+八187500175008750017500 x+y=35000和直线yx的交点A(,),即x,y时,饲料费 53333 用最低. 所以,谷物饲料和动物饲料应按5: 1的比例混合,此时成本最低. 指出: 要完成一项确定的任务,如何统筹安排,尽量做到用最少的资源去完成它,这是线 性规划中最常见的问题之一. (例3图)(例4图) 例3、下表给出甲、乙、丙三种食物的维生素A、B的含量及成本 甲 乙 丙 维生素A(单位/千 克) 400 600 400 维生素B(单位/千 800 200 400 克) 7 6 5 成本(元/千克) 营养师想购这三种食物共10千克,使之所含维生素A不少于4400单位,维生素B不少于 4800单位,问三种食物各购多少时,成本最低? 最低成本是多少? 解: 设所购甲、乙两种食物分别为x千克、y千克,则丙种食物为(10_x_y)千克.x、y应 满足线性条件为 ‘400x+600y+400(10-x-y)A4400…如、工2 丿,化简得丿 §00x+200y+400(10—x—y)兰4800、2x—y34 作出可行域如上图中阴影部分 目标函数为z=7x+6y+5(10-x-y)=2x+y+50,令m=2x+y,作直线l: 2x+y=0,则直线2x+y=m 经过可行域中A(3,2)时,m最小,即mmin=23+2=8,二Zmin=mmin+50=58答: 甲、乙、丙三种食物 各购3千克、2千克、5千克时成本最低,最低成本为58元. \>2 指出: 本题可以不用图解法来解,比如,由丿y得 2x_y兰4 z=2x+y+50=(2x-y)+2y+504+22+50=58,当且仅当y=2,x=3时取等号 总结: (1)设出决策变量,找出线性规划的约束条件和线性目标函数; (2)利用图象,在线性约束条件下找出决策变量,使线性目标函数达到最大(或最小). 》11为+a(2X2+…+a1mXm兰3 2.线性规划问题的一般数学模型是: 已知严"+a22x2++a2mxm兰b2(这n个式 0n1X1+an2X2+…+anmxm兰6子中的“二”也可以是“一”或“=”号) 其中aj(i=1,2,…,n,j=1,2,…,m),b(i=1,2,…,n)都是常量,x(j=1,2,…,m)是非负变量,求Z=C1X1+C2X2+…+CnXm的最大值或最小值,这里Cj(j=1,2,…,Vl)是常量• (3)线性规划的理论和方法主要在以下两类问题中得到应用: 一是在人力、物力资金等 资源一定的条件下,如何使用它们来完成最多的任务;二是给一项任务,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 线性规划中整点最优解的求解策略 在工程设计、经营管理等活动中,经常会碰到最优化决策的实际问题,而解决此类问题一般以线性规划为其重要的理论基础。 然而在实际问题中,最优解(x,y)通常要满足x,y€N,这种最优解称为整点最优解,下面通过具体例子谈谈如何求整点最优解 1•平移找解法 作出可行域后,先打网格,描出整点,然后平移直线I,直线I最先经过或最后经过的 那个整点便是整点最优解. 例1、某木器厂生产圆桌和衣柜两种产品,现有两种木料,第一种有72吊,第二种有56mi, 产品 木料(单位m) 第一种 第二种 圆桌 0.18 0.08 衣柜 0.09 0.28 假设生产每种产品都需要用两种木料,生产一只圆桌和一个衣柜分别所需木料如下表所示•每生产一只圆桌可获利6元,生产一个衣柜可获利10元.木器厂在现有木料条件下,圆桌和衣柜各生产多少,才使获得利润最多? 0.18^0.09^72 一0.08x+0.28y兰56 解: 设生产圆桌x只,生产衣柜y个,利润总额为z兀,那么 x兰0 y一0 z=6x+10y.如图所示,作出以上不等式组所表示的平面区域,即可行域• 作直线I: 6x+10y=0,即I: 3x+5y=0,把直线I向右上方平移至11的位置时,直线经过可行 域上点M,且与原点距离最大,此时z=6x+10y取最大值。 解方程组N18"。 .09"72,得 O08x+0.28y=56 M点坐标(350,100).答: 应生产圆桌350只,生产衣柜100个,能使利润总额达到最大•点评: 本题的最优点恰为直线0.18x+0.09y=72和0.08X+0.28y=56的交点M 例2有一批钢管,长度都是4000mng要截成500mm和600mm两种毛坯,且这两种毛坯 1 按数量比不小于配套,怎样截最合理? 3 解: 设截500mm的钢管x根,600mm的 y根,总数为z根。 根据题意,得 ^5x+6y<40 八『严“,目标函数为z=x+7, 作出如图所示的可行域内的整点, 作一组平行直线x+y=t,经过可行域内的点且和原点距离最远的直线为过B(8,0)的直 线,这时x+y=8.由于x,y为正整数,知(8,0)不是最优解。 显然要往下平移该直线,在可行域内找整点,使x+y=7,可知点(2,5),(3,4),(4,3),(5,2),(6,1)均为最优解•答: 略. 点评: 本题与上题的不同之处在于,直线x+y=t经过可行域内且和原点距离最远的点B (8,0)并不符合题意,此时必须往下平移该直线,在可行域内找整点,比如使x+y=7,从 而求得最优解。 从这两例也可看到,平移找解法一般适用于其可行域是有限区域且整点个数又较少,但 作图要求较高。 二、整点调整法 I2与I3交点分 t随之增大, 先按“平移找解法”求出非整点最优解及最优值,再借助不定方程的知识调整最优值,最后筛选出整点最优解. 卄尺、px—y—3>°冃 例3.已知x,y满足不等式组<2x+3y-6c0,求使x+y取最大值 的整数x,y. 解: 不等式组的解集为三直线I,: 2x-y-3=0,l2: 2x•3y-6=0, I3: 3x-5y-15=0所围成的三角形内部(不含边界),设I,与I2,li与I3, 1537512 别为A,B,C,则A,B,C坐标分别为AW#,B(0「3),C(矿材, 作一组平行线I: x•y=t平行于I0: x•y=0,当I往I0右上方移动时, •••当I过C点时x•y最大为63,但不是整数解,又由0: : : x: : : 75知x可取1,2,3, 1919 当x=1时,代入原不等式组得y=-2,•••x-1;当x二2时,得y=0或-1, •xy=2或1; 当x=3时,y=-1,•-x^2,故xy的最大整数解为*=? 或x=3、y=0ly=—1 3.逐一检验法 由于作图有时有误差,有时仅有图象不一定就能准确而迅速地找到最优解,此时可将若 干个可能解逐一校验即可见分晓. 例4一批长4000mm的条形钢材,需要将其截成长分别为518mm与698mm的^甲、乙两种毛 坯,求钢材的最大利用率. 解: 设甲种毛坯截x根,乙种毛坯截y根,钢材的利 p=+100%… -.J.②,线性约束条件①表示的可 行域是图中阴影部分的整点•②表示与直线518x+698y=4000平行的直线系。 所以使P取得最大值的 最优解是阴影内最靠近直线518x+698y=4000的整点坐 标.如图看到(0,5),(1,4),(2,4),(3,3),(4,2),(5,2),(6,1),(7,0)都有可能是最优解,将它们的坐标逐一代入②进行校验,可知当x=5,y=2时, 尸一=99.65% . 答: 当甲种毛坯截5根,乙种毛坯截2根,钢材的利用率最大,为99.65%. 解线性规划问题的关键步骤是在图(可行域)上完成的,所以作图时应尽可能精确,图上操作尽可能规范,但考虑到作图时必然会有误差,假如图上的最优点并不十分明显易辨时, 不妨将几个有可能是最优点的坐标都求出来,然后逐一进行校验,以确定整点最优解• 线性规划的实际应用习题精选 1•某家俱公司生产甲、乙两种型号的组合柜,每种柜的制造白坯时间、油漆时间及有关数据如下: \^品间\工艺蘇7^2^ 甲 乙 生产能力台时/天 制吕坯时间 6 12 120 油祿时间 呂 4 64 单位利润 200 240 问该公司如何安排这两种产品的生产,才能获得最大的利润•最大利润是多少? 2•要将两种大小不同的钢板截成ABC三种规格,每张钢板可同时截得三种规格小钢板的块数如下: 格类型 钢板类旷 A规格 B规格 C规洛 第一种钢板 1 2 1 第二种钢板 1 1 3 每张钢板的面积,第一种为im,第二种为2m,今需要AB、C三种规格的成品各12,15,17块,问各截这两种钢板多少张,可得所需三种规格成品,且使所用钢板面积最小. 3•某人承揽一项业务,需做文字标牌2个,绘画标牌3个,现有两种规格的原料,甲种规 格每张3m,可做文字标牌1个,绘画标牌2个,乙种规格每张2m,可做文字标牌2个,绘画标牌1个,求两种规格的原料各用多少张,才能使总的用料面积最小. 4•某蔬菜收购点租用车辆,将100吨新鲜黄瓜运往某市销售,可供租用的大卡车和农 用车分别为10辆和20辆,若每辆卡车载重8吨,运费960元,每辆农用车载重2.5吨,运费360元,问两种车各租多少辆时,可全部运完黄瓜,且动费最低•并求出最低运费. 5•某木器厂生产圆桌和衣柜两种产品,现有两种木料,第一种有72立方米,第二种 有56立方米,假设生产每种产品都需要两种木料.生产一只圆桌需用第一种木料0.18立方 米,第二种木料0.08立方米,可获利润60元,生产一个衣柜需用第一种木料0.09立方米, 第二种0.28立方米,可获利润100元,木器厂在现有木料情况下,圆桌和衣柜应各生产多 少,才能使所获利润最多. 解答提示: 1•设x,y分别为甲、乙两种柜的日产量, 目标函数z=200x+240y,线性约束条件: 域. z最大=200X4+240X8=2720 答: 该公司安排甲、乙两种柜的日产量分别为4台和8台,可获最大利润2720元. 2•设需截第一种钢板x张,第二种钢板y张,所用钢板面积znt [x+y^l2 2x+y^l5 «x+3y^27 目标函数z=x+2y,线性约束条件: 作出可行域.作一组 平行直线x+2y=t. fz+3v=27915 解—2得PU'少点P不是可行域内的整点,在可行域内 的整点中,点(4,8)使z取得最小值. 答: 应截第一种钢板4张,第二种钢板8张,能得所需三种规格的钢板,且使所用钢板 的面积最小. 3 .设用甲种规格原料x张,乙种规格原料y张,所用原料的总面积是zm2,目标函数z=3x+2y, A不是整点,A不是最优解•在可行域内的整点中,点B(1,1)使z取得最小值.z 最小=3X1+2X1=5, 答: 用甲种规格的原料1张,乙种原料的原料1张,可使所用原料的总面积最小为5mt 4 .设租用大卡车x辆,农用车y辆,最低运费为z元.z=960x+360y• J 卜y a. 1=10 20 y=20 s10 V■, 0 \\20 &: +2,5y=100 作直线960x+360y=0.即8x+3y=0,向上平移至过点B(10,8)时,z=960x+360y取到最小值. z最小=960X10+360X8=12480答: 大卡车租10辆,农用车租8辆时运费最低,最低运费为12480元. 5 .设圆桌和衣柜的生产件数分别为x、y,所获利润为乙则z=6x+10y. [Q18x+Q09y<72 008x+028y<56 Qo X eoo' 作出可行域. |2X+y=S00(x=350 即M(350,100).当直线6x+10y=0即3x+5y=0 |2x+7y=1400^|y=100 平移到经过点M(350,100)时,z=6x+10y最大
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