“藏起来”的线性规划

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  从这两年的试题来看,有些问题乍一看与线性规划毫无关系,但最终都可转化成线性规划的问题来解决
  一、向量中的线性规划
  例1(南京市2012届高三第一次调研测试)如图1,在正方形ABCD中,已知AB=2,M为BC中点若N为正方形内(含边界)任意一点,求AM·AN的最大值
  解:以A为坐标原点、AB所在直线为x轴建立如图2所示的
  平面直角坐标系,则M点的坐标为(2,1)设N(x,y),则
  N点所在区域由不等式组
  确定,将x=2,y=2代入2x+y求得
  最大值等于6
  二、数列中的线性规划
  例2 (苏州、无锡、常州、镇江2012届高三一模试题)等差数列
  解:设此等差数列的首项为a,公差为d,
  则
  目标函数的范围如图3所示,可行域中两直线的交点坐标是(29,-2),
  代入得a12=a+11d
  的最大值是7故
  三、导数中的线性规划
  例3已知函数
  [-1,3]上是减函数,求a+b的最小值
  解:因为f(x)在区间[-1,3]上是减函数,所以f ′(x) 在区间
  作出可行域(图4),求得a+b的最小值为2
  四、函数单调性中的线性规划
  例4定义在R上的函数y=f(x)是增函数,且为奇函数,若实数s,t满足不等式f(s2-2s)≥f(2t-t2)
  ,则当1≤s≤4时,求
  3t+s的取值范围
  解:因为f(x)是奇函数,
  所以-f(2t-t2)=f(t2-2t)又y=f(x)是增函数,且
  所表示的可行域(图5)将边界点A、B、C的坐标分别代入求得
  3t+4的值
  ,比较得最大值和最小值分别为16、-2所以-2≤3t+s≤16
  五、方程根的分布中的线性规划
  例5已知
  方程
  x2-mx+n=0两根为
  α,β,且
  1≤α≤2≤β,求m2+n2的取值范围
  解:设
  f(x)=x2-mx+n,由已知得方程
  x2-mx+n=0的一根在区间[1,2)内,另一根在区间
  [2,+∞)内,因此
  作出其可行域(图6)图中阴影部分的点到原点O的距离的最小值为
  13,故
  m2+n2的取值范围是
  [13,+∞)
  六、复数中的线性规划
  例6(2012届高三同心圆梦模拟一)
  复数
  可行域如图7所示,将mn看成可行域内的点与原点O连线的斜率,求得
  七、三角形三边关系中的线性规划
  例7(苏州市2011届高三第一学期期末调研试题)已知△ABC的三边长为a,b,c且满足
  b+2c≤3a,c+2a≤3b,
  求ba的取值范围
  解:因为a,b,c是三角形的三边,
  所以a+b>c,
  |a-b|  可行域如图8所示
  将ba看成可行域内的点(a,b)与原点连线的斜率,
  b-0a-0
  的最大值为
  八、直角三角形中的线性规划
  例8直角三角形的三边长分别是7,24,25,P是其形内(包括边界)的一点,求P点到三边距离之和的最大值与最小值
  解:不妨设三角形三边为AC=7,BC=24,AB=25,以直角顶点为坐标原点,建立如图9所示的平面直角坐标系,则AB的方程为
  即7x+24y-168=0设△ABC形内(包括边界)
  一点为P(x,y),它到三边的距离之和为
  所确定的可行域组成将A(0,7)、B(24,0)、C(0,0)代入d中,当x=24,y=0时求得d的最大值等于24;当x=0,y=0时求得d的最小值等于
  所以P点到三边距离之和的最大值等于24,最小值等于
  九、不等式中的线性规划
  例9已知实数a,b满足
  a≥10,
  a2b的最大值为n,最小值是m,求
  nm的值
  解:由题得a>0,b>0,将条件取常用对数,得
  在此条件下求z =2x+y的最大值与最小值
  可行域如图10所示,求得
  ,因此
  综上所述,线性规划的考查已不再局限于线性规划本身,它的应用特点是:从“范围到范围”,即条件以“范围”、结论也以“范围(最值)”为特征这类试题近两年频频出现在数学的各个领域,成为试卷中一道靓丽的风景
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