2019版高考數(shù)學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第七章 不等式 第3節(jié) 二元一次不等式(組)與簡(jiǎn)單的線性規(guī)劃問題學(xué)案 北師大版

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1、 第3節(jié) 二元一次不等式(組)與簡(jiǎn)單的線性規(guī)劃問題 最新考綱 1.會(huì)從實(shí)際情境中抽象出二元一次不等式組;2.了解二元一次不等式的幾何意義,能用平面區(qū)域表示二元一次不等式組;3.會(huì)從實(shí)際情境中抽象出一些簡(jiǎn)單的二元線性規(guī)劃問題,并能加以解決. 知 識(shí) 梳 理 1.二元一次不等式(組)表示的平面區(qū)域 (1)一般地,二元一次不等式Ax+By+C>0在平面直角坐標(biāo)系中表示直線Ax+By+C=0某一側(cè)的所有點(diǎn)組成的平面區(qū)域不含邊界直線.不等式Ax+By+C≥0所表示的平面區(qū)域包括邊界直線,把邊界直線畫成實(shí)線. (2)對(duì)直線Ax+By+C=0同一側(cè)的所有點(diǎn)(x,y),代入Ax+By+C所得值

2、的符號(hào)都相同,所以只需取一個(gè)特殊點(diǎn)(x0,y0)作為測(cè)試點(diǎn),由Ax0+By0+C的符號(hào)可判斷Ax+By+C>0表示的是直線Ax+By+C=0哪一側(cè)的平面區(qū)域. (3)不等式組所表示的平面區(qū)域,是各個(gè)不等式所表示的平面區(qū)域的公共部分. 2.線性規(guī)劃的有關(guān)概念 名稱 意義 線性約束條件 由x,y的一次不等式(或方程)組成的不等式組,是對(duì)x,y的約束條件 目標(biāo)函數(shù) 關(guān)于x,y的解析式 線性目標(biāo)函數(shù) 關(guān)于x,y的一次解析式 可行解 滿足線性約束條件的解(x,y) 可行域 所有可行解組成的集合 最優(yōu)解 使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最大值或最小值的可行解 線性規(guī)劃問題 求線性目標(biāo)函數(shù)

3、在線性約束條件下的最大值或最小值的問題 [常用結(jié)論與微點(diǎn)提醒] 1.畫二元一次不等式表示的平面區(qū)域的直線定界,特殊點(diǎn)定域: (1)直線定界:不等式中無(wú)等號(hào)時(shí)直線畫成虛線,有等號(hào)時(shí)直線畫成實(shí)線; (2)特殊點(diǎn)定域:若直線不過(guò)原點(diǎn),特殊點(diǎn)常選原點(diǎn);若直線過(guò)原點(diǎn),則特殊點(diǎn)常選取(0,1)或(1,0)來(lái)驗(yàn)證. 2.在通過(guò)求直線的截距的最值間接求出z的最值時(shí),要注意:當(dāng)b>0時(shí),截距取最大值時(shí),z也取最大值;截距取最小值時(shí),z也取最小值;當(dāng)b<0時(shí),截距取最大值時(shí),z取最小值;截距取最小值時(shí),z取最大值. 診 斷 自 測(cè) 1.思考辨析(在括號(hào)內(nèi)打“√”或“×”) (1)不等式Ax+By+

4、C>0表示的平面區(qū)域一定在直線Ax+By+C=0的上方.(  ) (2)線性目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解可能是不唯一的.(  ) (3)線性目標(biāo)函數(shù)取得最值的點(diǎn)一定在可行域的頂點(diǎn)或邊界上.(  ) (4)在目標(biāo)函數(shù)z=ax+by(b≠0)中,z的幾何意義是直線ax+by-z=0在y軸上的截距.(  ) 解析 (1)不等式x-y+1>0表示的平面區(qū)域在直線x-y+1=0的下方. (4)直線ax+by-z=0在y軸上的截距是. 答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)× 2.下列各點(diǎn)中,不在x+y-1≤0表示的平面區(qū)域內(nèi)的是(  ) A.(0,0) B.(-1,1) C.(-1,3)

5、 D.(2,-3) 解析 把各點(diǎn)的坐標(biāo)代入可得(-1,3)不適合. 答案 C 3.(教材習(xí)題原題)不等式組表示的平面區(qū)域是(  ) 解析 x-3y+6≥0表示直線x-3y+6=0及其右下方部分,x-y+2<0表示直線x-y+2=0左上方部分,故不等式表示的平面區(qū)域?yàn)檫x項(xiàng)B. 答案 B 4.(2017·全國(guó)Ⅰ卷)設(shè)x,y滿足約束條件則z=3x-2y的最小值為________. 解析 不等式組表示的平面區(qū)域如圖所示. 由z=3x-2y得y=x-,當(dāng)直線y=x-過(guò)圖中點(diǎn)A時(shí),縱截距最大,此時(shí)z取最小值. 由解得點(diǎn)A(-1,1),此時(shí)z=3×(-1)-2×1=-5. 答

6、案?。? 5.(2018·石家莊質(zhì)檢)若x,y滿足約束條件則z=的最大值為________. 解析 作出不等式組表示的平面區(qū)域,如圖所示陰影部分,z==,表示區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率,易知zmax=kOA.由得A, kOA==3,∴zmax=3. 答案 3 考點(diǎn)一 二元一次不等式(組)表示的平面區(qū)域 【例1】 (1)不等式(x-2y+1)(x+y-3)≤0在坐標(biāo)平面內(nèi)表示的區(qū)域(用陰影部分表示),應(yīng)是下列圖形中的(  ) (2)若不等式組表示的平面區(qū)域?yàn)槿切?,且其面積等于,則m的值為(  ) A.-3 B.1 C. D.3 解析 (1)(x-2y+1

7、)(x+y-3)≤0?或畫出平面區(qū)域后,只有C符合題意. (2)如圖,要使不等式組表示的平面區(qū)域?yàn)槿切?,則-2m<2,則m>-1, 由解得即A(1-m,1+m). 由解得 即B,所圍成的區(qū)域?yàn)椤鰽BC,則S△ABC=S△ADC-S△BDC=(2+2m)(1+m)-(2+2m)·(1+m)=(1+m)2=, 解得m=-3(舍去)或m=1. 答案 (1)C (2)B 規(guī)律方法 1.二元一次不等式(組)表示平面區(qū)域的判斷方法:直線定界,測(cè)試點(diǎn)定域. 2.求平面區(qū)域的面積: (1)首先畫出不等式組表示的平面區(qū)域,若不能直接畫出,應(yīng)利用題目的已知條件轉(zhuǎn)化為不等式組問題,從而再作出

8、平面區(qū)域; (2)對(duì)平面區(qū)域進(jìn)行分析,若為三角形應(yīng)確定底與高,若為規(guī)則的四邊形(如平行四邊形或梯形),可利用面積公式直接求解,若為不規(guī)則四邊形,可分割成幾個(gè)三角形分別求解再求和. 【訓(xùn)練1】 (2018·鄭州預(yù)測(cè))若不等式x2+y2≤2所表示的平面區(qū)域?yàn)镸,不等式組表示的平面區(qū)域?yàn)镹,現(xiàn)隨機(jī)向區(qū)域N內(nèi)拋一粒豆子,則豆子落在區(qū)域M內(nèi)的概率為________. 解析 作出不等式組與不等式表示的可行域如圖陰影部分所示,平面區(qū)域N的面積為×3×(6+2)=12,區(qū)域M在區(qū)域N內(nèi)的面積為π()2=,故所求概率P==. 答案  考點(diǎn)二 求目標(biāo)函數(shù)的最值問題(多維探究) 命題角度1 求線性目

9、標(biāo)函數(shù)的最值 【例2-1】 (2017·全國(guó)Ⅰ卷)設(shè)x,y滿足約束條件則z=x+y的最大值為(  ) A.0 B.1 C.2 D.3 解析 根據(jù)約束條件畫出可行域,如圖中陰影部分(含邊界),則當(dāng)目標(biāo)函數(shù)z=x+y經(jīng)過(guò)A(3,0)時(shí)取得最大值,故zmax=3+0=3. 答案 D 命題角度2 求非線性目標(biāo)函數(shù)的最值 【例2-2】 (1)若變量x,y滿足則x2+y2的最大值是(  ) A.4 B.9 C.10 D.12 (2)(2018·湘中高三聯(lián)考)已知實(shí)數(shù)x,y滿足則的最小值是________. 解析 (1)作出不等式組所表示的平面區(qū)域,如圖

10、中陰影部分所示(包括邊界),x2+y2表示平面區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)與原點(diǎn)的距離的平方.由圖易知平面區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)A(3,-1)與原點(diǎn)的距離最大,所以x2+y2的最大值是10. (2)作出不等式組表示的平面區(qū)域,如圖所示,又表示平面區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)與原點(diǎn)連線所在直線的斜率的倒數(shù).由圖知,直線OA的斜率最大,此時(shí)取得最小值,所以==. 答案 (1)C (2) 命題角度3 求參數(shù)的值或范圍 【例2-3】 (2018·惠州三調(diào))已知實(shí)數(shù)x,y滿足:若z=x+2y的最小值為-4,則實(shí)數(shù)a=(  ) A.1 B.2 C.4 D.8 解析 作出不等式組表示的平面區(qū)域,如圖中陰影部分所示,當(dāng)直線z=x+2

11、y經(jīng)過(guò)點(diǎn)C時(shí),z取得最小值-4,所以-a+2·=-4,解得a=2. 答案 B 規(guī)律方法 1.先準(zhǔn)確作出可行域,再借助目標(biāo)函數(shù)的幾何意義求目標(biāo)函數(shù)的最值. 2.當(dāng)目標(biāo)函數(shù)是非線性的函數(shù)時(shí),常利用目標(biāo)函數(shù)的幾何意義來(lái)解題,常見代數(shù)式的幾何意義: (1)表示點(diǎn)(x,y)與原點(diǎn)(0,0)的距離,表示點(diǎn)(x,y)與點(diǎn)(a,b)的距離; (2)表示點(diǎn)(x,y)與原點(diǎn)(0,0)連線的斜率,表示點(diǎn)(x,y)與點(diǎn)(a,b)連線的斜率. 3.當(dāng)目標(biāo)函數(shù)中含有參數(shù)時(shí),要根據(jù)臨界位置確定參數(shù)所滿足的條件. 【訓(xùn)練2】 (1)(2017·山東卷)已知x,y滿足約束條件則z=x+2y的最大值是(  )

12、 A.0 B.2 C.5 D.6 (2)(2018·新鄉(xiāng)模擬)若實(shí)數(shù)x,y滿足且z=mx-y(m<2)的最小值為-,則m等于(  ) A. B.- C.1 D. 解析 (1)由已知得約束條件的可行域如圖中陰影部分所示,故目標(biāo)函數(shù)z=x+2y經(jīng)過(guò)點(diǎn)C(-3,4)時(shí)取最大值z(mì)max=-3+2×4=5. (2)作出約束條件所表示的可行域如圖中陰影部分所示, z=mx-y(m<2)的最小值為-,可知目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解過(guò)點(diǎn)A,由解得A, ∴-=-3,解得m=1. 答案 (1)C (2)C 考點(diǎn)三 實(shí)際生活中的線性規(guī)劃問題 【例3】 (2016·全國(guó)Ⅰ卷)某高科

13、技企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品A和產(chǎn)品B需要甲、乙兩種新型材料.生產(chǎn)一件產(chǎn)品A需要甲材料1.5 kg,乙材料1 kg,用5個(gè)工時(shí);生產(chǎn)一件產(chǎn)品B需要甲材料0.5 kg,乙材料0.3 kg,用3個(gè)工時(shí),生產(chǎn)一件產(chǎn)品A的利潤(rùn)為2 100元,生產(chǎn)一件產(chǎn)品B的利潤(rùn)為900元.該企業(yè)現(xiàn)有甲材料150 kg,乙材料90 kg,則在不超過(guò)600個(gè)工時(shí)的條件下,生產(chǎn)產(chǎn)品A、產(chǎn)品B的利潤(rùn)之和的最大值為________元. 解析 設(shè)生產(chǎn)A產(chǎn)品x件,B產(chǎn)品y件,根據(jù)所耗費(fèi)的材料要求、工時(shí)要求等其他限制條件,得線性約束條件為 目標(biāo)函數(shù)z=2 100x+900y. 作出可行域?yàn)閳D中的陰影部分(包括邊界)內(nèi)的整數(shù)點(diǎn),圖中陰影四

14、邊形的頂點(diǎn)坐標(biāo)分別為(60,100),(0,200),(0,0),(90,0),在(60,100)處取得最大值,zmax=2 100×60+900×100=216 000(元). 答案 216 000 規(guī)律方法 解線性規(guī)劃應(yīng)用問題的一般步驟: (1)分析題意,設(shè)出未知量; (2)列出線性約束條件和目標(biāo)函數(shù); (3)作出可行域并利用數(shù)形結(jié)合求解; (4)作答. 【訓(xùn)練3】 (2018·黃岡聯(lián)考)一個(gè)小型加工廠用一臺(tái)機(jī)器生產(chǎn)甲、乙兩種桶裝飲料,生產(chǎn)一桶甲飲料需要白糖4千克,果汁18千克,用時(shí)3小時(shí);生產(chǎn)一桶乙飲料需要白糖1千克,果汁15千克,用時(shí)1小時(shí).現(xiàn)庫(kù)存白糖10千克,果汁66千

15、克,生產(chǎn)一桶甲飲料利潤(rùn)為200元,生產(chǎn)一桶乙飲料利潤(rùn)為100元,在使用該機(jī)器用時(shí)不超過(guò)9小時(shí)的條件下,生產(chǎn)甲、乙兩種飲料利潤(rùn)之和的最大值為________. 解析 設(shè)生產(chǎn)甲、乙兩種飲料分別為x桶、y桶,利潤(rùn)為z元, 則得即目標(biāo)函數(shù)z=200x+100y. 作出可行域(如圖陰影部分所示).當(dāng)直線z=200x+100y經(jīng)過(guò)可行域上點(diǎn)B時(shí),z取得最大值.解方程組得點(diǎn)B的坐標(biāo)(2,2),故zmax=200×2+100×2=600. 答案 600 基礎(chǔ)鞏固題組 (建議用時(shí):30分鐘) 一、選擇題 1.不等式組所表示的平面區(qū)域的面積為(  ) A.1 B. C. D.

16、解析 作出不等式組對(duì)應(yīng)的區(qū)域?yàn)椤鰾CD,由題意知xB=1,xC=2.由得yD=,所以S△BCD=×(xC-xB)×=. 答案 D 2.(2017·北京卷)若x,y滿足則x+2y的最大值為(  ) A.1 B.3 C.5 D.9 解析 畫出可行域,設(shè)z=x+2y,則y=-x+,當(dāng)直線y=-x+過(guò)B(3,3)時(shí),z取得最大值9. 答案 D 3.(2017·全國(guó)Ⅱ卷)設(shè)x,y滿足約束條件則z=2x+y的最小值是(  ) A.-15 B.-9 C.1 D.9 解析 作出不等式組表示的可行域,結(jié)合目標(biāo)函數(shù)的幾何意義得函數(shù)在點(diǎn)B(-6,-3)處取得最小值z(mì)min

17、=-12-3=-15. 答案 A 4.(2017·全國(guó)Ⅲ卷)設(shè)x,y滿足約束條件則z=x-y的取值范圍是(  ) A.[-3,0] B.[-3,2] C.[0,2] D.[0,3] 解析 畫出不等式組表示的可行域(如圖陰影部分所示),結(jié)合目標(biāo)函數(shù)的幾何意義可得函數(shù)在點(diǎn)A(0,3)處取得最小值z(mì)=0-3=-3,在點(diǎn)B(2,0)處取得最大值z(mì)=2-0=2. 答案 B 5.(2018·河北名校聯(lián)盟質(zhì)檢)設(shè)變量x,y滿足約束條件則z=x-2y的最大值為(  ) A.-12 B.-1 C.0 D. 解析 作出可行域,如圖陰影部分,作直線l0:x-2y=0,

18、平移直線l0,可知經(jīng)過(guò)點(diǎn)A時(shí),z=x-2y取得最大值, 由得A(2,1),所以zmax=2-2×1=0, 故選C. 答案 C 6.(2018·上饒調(diào)研)若1≤log2(x-y+1)≤2,|x-3|≤1,則x-2y的最大值與最小值之和是(  ) A.0 B.-2 C.2 D.6 解析 1≤log2(x-y+1)≤2,|x-3|≤1即變量x,y滿足約束條件即 作出可行域(圖略),得x-2y的最大值、最小值分別為4,-2,其和為2. 答案 C 7.(2018·湖南長(zhǎng)郡中學(xué)、衡陽(yáng)八中等十三校聯(lián)考)若x,y滿足且z=3x-y的最大值為2,則實(shí)數(shù)m的值為(  ) A.

19、 B. C.1 D.2 解析 若z=3x-y的最大值為2,則此時(shí)目標(biāo)函數(shù)為y=3x-2,直線y=3x-2與3x-2y+2=0和x+y=1分別交于A(2,4),B.mx-y=0經(jīng)過(guò)其中一點(diǎn),所以m=2或m=,當(dāng)m=時(shí),經(jīng)檢驗(yàn)不符合題意,故m=2. 答案 D 8.若變量x,y滿足約束條件則(x-2)2+y2的最小值為(  ) A. B. C. D.5 解析 作出不等式組對(duì)應(yīng)的平面區(qū)域如圖中陰影部分所示. 設(shè)z=(x-2)2+y2,則z的幾何意義為區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)到定點(diǎn)D(2,0)的距離的平方,由圖知C,D間的距離最小,此時(shí)z最小.由得即C(0,1), 此時(shí)zmin

20、=(x-2)2+y2=4+1=5. 答案 D 二、填空題 9.(2017·全國(guó)Ⅲ卷)若x,y滿足約束條件則z=3x-4y的最小值為________. 解析 畫出可行域如圖陰影部分所示. 由z=3x-4y,得y=x-, 作出直線y=x,平移使之經(jīng)過(guò)可行域,觀察可知,當(dāng)直線經(jīng)過(guò)點(diǎn)A(1,1)處取最小值,故zmin=3×1-4×1=-1. 答案?。? 10.(2018·銅川模擬)已知O是坐標(biāo)原點(diǎn),點(diǎn)M的坐標(biāo)為(2,1),若點(diǎn)N(x,y)為平面區(qū)域上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),則·的最大值是________. 解析 依題意,得不等式組對(duì)應(yīng)的平面區(qū)域如圖中陰影部分所示, 其中A, B,

21、C(1,1). 設(shè)z=·=2x+y, 當(dāng)目標(biāo)函數(shù)z=2x+y過(guò)點(diǎn)C(1,1)時(shí),z=2x+y取得最大值3. 答案 3 11.(一題多解)已知-1<x+y<4且2<x-y<3,則z=2x-3y的取值范圍是________(答案用區(qū)間表示). 解析 法一 設(shè)2x-3y=a(x+y)+b(x-y),則由待定系數(shù)法可得解得 所以z=-(x+y)+(x-y). 又 所以兩式相加可得z∈(3,8). 法二 作出不等式組 表示的可行域,如圖中陰影部分所示. 平移直線2x-3y=0,當(dāng)相應(yīng)直線經(jīng)過(guò)x-y=2與x+y=4的交點(diǎn)A(3,1)時(shí),z取得最小值,zmin=2×3-3×1=3;當(dāng)相

22、應(yīng)直線經(jīng)過(guò)x+y= -1與x-y=3的交點(diǎn)B(1,-2)時(shí),z取得最大值,zmax=2×1+3×2=8.所以z∈(3,8). 答案 (3,8) 12.x,y滿足約束條件若z=y(tǒng)-ax取得最大值的最優(yōu)解不唯一,則實(shí)數(shù)a的值為________. 解析 如圖,由y=ax+z知z的幾何意義是直線在y軸上的截距.故當(dāng)a>0時(shí),要使z=y(tǒng)-ax取得最大值的最優(yōu)解不唯一,則a=2;當(dāng)a<0時(shí),要使z=y(tǒng)-ax取得最大值的最優(yōu)解不唯一,則a=-1. 答案 2或-1 能力提升題組 (建議用時(shí):15分鐘) 13.某企業(yè)生產(chǎn)甲、乙兩種產(chǎn)品均需用A,B兩種原料,已知生產(chǎn)1噸每種產(chǎn)品所需原料及每天原料的

23、可用限額如表所示,如果生產(chǎn)1噸甲、乙產(chǎn)品可獲利潤(rùn)分別為3萬(wàn)元、4萬(wàn)元,則該企業(yè)每天可獲得最大利潤(rùn)為(  ) 甲 乙 原料限額 A(噸) 3 2 12 B(噸) 1 2 8 A.12萬(wàn)元 B.16萬(wàn)元 C.17萬(wàn)元 D.18萬(wàn)元 解析 設(shè)每天生產(chǎn)甲、乙產(chǎn)品分別為x噸、y噸,每天所獲利潤(rùn)為z萬(wàn)元,則有目標(biāo)函數(shù)z=3x+4y,線性約束條件表示的可行域如圖陰影部分所示: 可得目標(biāo)函數(shù)在點(diǎn)A處取到最大值. 由得A(2,3). 則zmax=3×2+4×3=18(萬(wàn)元). 答案 D 14.(2018·高安中學(xué)聯(lián)考)已知實(shí)數(shù)x,y滿足z=|2x-2y-

24、1|,則z的取值范圍是(  ) A. B.[0,5) C.[0,5] D. 解析 作出可行域如圖所示: 易求得A,B,C(2,-1), 令u=2x-2y-1,則y=x-,當(dāng)直線y=x-過(guò)點(diǎn)C(2,-1)時(shí),u有最大值5;過(guò)點(diǎn)B時(shí),u有最小值-. 因?yàn)榭尚杏虿话▁=2的邊界,所以z=|2x-2y-1|的取值范圍是[0,5). 答案 B 15.已知變量x,y滿足約束條件若目標(biāo)函數(shù)z=ax+y(其中a>0)僅在點(diǎn)(3,0)處取得最大值,則a的取值范圍是________. 解析 畫出x,y滿足約束條件的可行域如圖所示, 要使目標(biāo)函數(shù)z=ax+y僅在點(diǎn)(3,0)處取得最大值,則直線y=-ax+z的斜率應(yīng)小于直線x+2y-3=0的斜率,即-a<-,∴a>. 答案  16.(2018·安徽江南十校聯(lián)考)已知實(shí)數(shù)x,y滿足,則z=的取值范圍為________. 解析 作出不等式組對(duì)應(yīng)的平面區(qū)域,如圖陰影部分.z=表示區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)(x,y)與A(0,-1)連線的斜率k,由圖可知,kmin=0,kmax=kAP,P為切點(diǎn),設(shè)P(x0,ln x0),kAP=, ∴=,∴x0=1,kAP=1, 即z=的取值范圍為[0,1]. 答案 [0,1] 16

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