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文档介绍
专题36 二元一次不等式(组)与简单的线性规划问题-2020年领军高考数学一轮复习(文理通用) Word版含解析
专题36二元一次不等式(组)与简单的线性规划问题 最新考纲 1.会从实际情境中抽象出二元一次不等式组. 2.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. 3.会从实际情境中抽象出一些简单的二元一次线性规划问题,并能加以解决. 基础知识融会贯通 1.二元一次不等式表示的平面区域 (1)一般地,二元一次不等式Ax+By+C>0在平面直角坐标系中表示直线Ax+By+C=0某一侧所有点组成的平面区域.我们把直线画成虚线,以表示区域不包括边界直线.当我们在坐标系中画不等式Ax+By+C≥0所表示的平面区域时,此区域应包括边界直线,则把边界直线画成实线. (2)对于直线Ax+By+C=0同一侧的所有点,把它的坐标(x,y)代入Ax+By+C,所得的符号都相同,所以只需在此直线的同一侧取一个特殊点(x0,y0)作为测试点,由Ax0+By0+C的符号即可断定Ax+By+C>0表示的是直线Ax+By+C=0哪一侧的平面区域. 2.线性规划相关概念 名称 意义 约束条件 由变量x,y组成的一次不等式 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 欲求最大值或最小值的函数 线性目标函数 关于x,y的一次解析式 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 最优解 使目标函数取得最大值或最小值的可行解 线性规划问题 在线性约束条件下求线性目标函数的最大值或最小值问题 3.重要结论 画二元一次不等式表示的平面区域的直线定界,特殊点定域: (1)直线定界:不等式中无等号时直线画成虚线,有等号时直线画成实线. (2)特殊点定域:若直线不过原点,特殊点常选原点;若直线过原点,则特殊点常选取(0,1)或(1,0)来验证. 【知识拓展】 1.利用“同号上,异号下”判断二元一次不等式表示的平面区域 对于Ax+By+C>0或Ax+By+C<0,则有 (1)当B(Ax+By+C)>0时,区域为直线Ax+By+C=0的上方; (2)当B(Ax+By+C)<0时,区域为直线Ax+By+C=0的下方. 2.最优解和可行解的关系 最优解必定是可行解,但可行解不一定是最优解.最优解不一定唯一,有时唯一,有时有多个. 重点难点突破 【题型一】二元一次不等式(组)表示的平面区域 命题点1 不含参数的平面区域问题 【典型例题】 实数x、y满足,则整点(x,y)的个数为( ) A.2 B.3 C.4 D.5 【解答】解:当x=1时,不等式组为,此时﹣1<y<3,此时y=0,1,3有3个整数点, 当x=0时,不等式组为,此时0<y<2,此时y=1,有1个整数点, 当x=﹣1时,不等式组为,此时无解 综上所述,共有4个整数点, 故选:C. 【再练一题】 已知实数x,y满足不等式组,则该不等式组表示的区域面积为 . 【解答】解:作出不等式组对应的平面区域如图: 则A(0,1),B(﹣1,0),C(2,0), 则三角形ABC的面积S3, 故答案为:3 命题点2 含参数的平面区域问题 【典型例题】 若不等式组表示一个三角形内部的区域,则实数a的取值范围是( ) A. B. C. D. 【解答】解:不等式组表示的平面区域如图: 由图可知,,解得x=y, 即A(,), 则a 实数a的取值范围是a. 故选:C. 【再练一题】 不等式组所表示的平面区域的面积等于,则k= . 【解答】解:∵不等式组所表示的平面区域三角形,如图: 平面为三角形所以过点(2,0), ∵y=kx﹣1,与x轴的交点为(,0), y=kx﹣1与y=﹣x+2的交点为(,), 三角形的面积为:(2), 解得:k=1. 故答案为:1. 思维升华 (1)求平面区域的面积 对平面区域进行分析,若为三角形应确定底与高,若为规则的四边形(如平行四边形或梯形),可利用面积公式直接求解,若为不规则四边形,可分割成几个三角形,分别求解再求和即可. (2)利用几何意义求解的平面区域问题,也应作出平面图形,利用数形结合的方法求解. 【题型二】求目标函数的最值问题 命题点1 求线性目标函数的最值 【典型例题】 若x、y满足约束条件,则z=4x﹣3y的最小值为( ) A.0 B.﹣1 C.﹣2 D.﹣3 【解答】解:作出x、y满足约束条件,表示的平面区域, 得到如图的△ABC及其内部,其中A(1,2),B(3,1), C(﹣1,0) 设z=F(x,y)=4x﹣3y,将直线l:z=4x﹣3y进行平移, 当l经过点A时,目标函数z达到最小值 ∴z最大值=F(1,2)=﹣2. 故选:C. 【再练一题】 若x,y满足约束条件,则z=x﹣y的最大值为( ) A. B. C.5 D.6 【解答】解:变量x,y满足约束条件条件的可行域如图: 目标函数z=x﹣y经过可行域的B点时,目标函数取得最大值, 由可得A(4,﹣1),目标函数z=x﹣y的最大值为:5. 故选:C. 命题点2 求非线性目标函数的最值 【典型例题】 设x,y满足约束条件,则z=(x+1)2+y2的最大值为( ) A.41 B.5 C.25 D.1 【解答】解:根据x,y满足约束条件,画出可行域: z=(x+1)2+y2表示D(﹣1,0)到可行域的距离的平方,由解得A(3,5), 当点D与点A(3,5)连线时,AB距离最大, 则z=(x+1)2+y2的最大值是A(3,5)到B(﹣1,0) 的距离的平方为:41, 故选:A. 【再练一题】 若x,y满足约束条件,则的取值范围是( ) A.[,] B.[] C.[] D.[) 【解答】解:作出x,y满足约束条件,对应的平面区域如图: A(3,5),B(5,3). 则的几何意义为区域内的点Q(﹣1,0)的斜率, 由图象知z的最小为QB的斜率:, z的最大值为QA的斜率:, 则z∈[,], 故选:B. 命题点3 求参数值或取值范围 【典型例题】 实数x,y满足不等式组,若z=3x+y的最大值为5,则正数m的值为( ) A.2 B. C.10 D. 【解答】解:由题意作出实数x,y满足不等式组的平面区域, 将z=3x+y化为y=﹣3x+z,z相当于直线y=﹣3x+z的纵截距, 故结合图象可得,, 解得,x=1,y=2; 故m=2; 故选:A. 【再练一题】 若x,y满足且2x+y的最小值为1,则实数m的值为( ) A.﹣5 B.﹣1 C.1 D.5 【解答】解:画出满足条件的平面区域,如图所示:, 由,解得:A(2m+3,m), 由z=2x+y得:y=﹣2x+z, 显然直线过A(2m+3,m)时,z最小, ∴4m+6+m=1,解得:m=﹣1, 故选:B. 思维升华 (1)先准确作出可行域,再借助目标函数的几何意义求目标函数的最值. (2)当目标函数是非线性的函数时,常利用目标函数的几何意义来解题,常见代数式的几何意义有 ①表示点(x,y)与原点(0,0)的距离,表示点(x,y)与点(a,b)的距离; ②表示点(x,y)与原点(0,0)连线的斜率,表示点(x,y)与点(a,b)连线的斜率. (3)当目标函数中含有参数时,要根据临界位置确定参数所满足的条件. 【题型三】题型三 线性规划的实际应用问题 【典型例题】 【典型例题】 某农户计划种植莴笋和西红柿,种植面积不超过30亩,投入资金不超过25万元,假设种植莴笋和西红柿的产量、成本和售价如表: 年产量/亩 年种植成本/亩 每吨售价 莴笋 5吨 1万元 0.5万元 西红柿 4.5吨 0.5万元 0.4万元 那么,该农户一年种植总利润(总利润=总销售收入﹣总种植成本)的最大值为 44万元 . 【解答】解:设种植莴笋和西红柿的种植面积分别为x,y亩,种植总利润为z万元, 由题意可知,一年的种植总利润为z=0.5×5x+0.4×4.5y﹣x﹣0.5y=1.5x+1.4y 作出约束条件如下图阴影部分 平移直线1.5x+1.4y=0,当过点A(20,10)时,一年的种植总利润为z取最大值44万元. 故答案为:44万元. 【再练一题】 岳阳市某高中文学社计划招入女生x人,男生y人,若x,y满足约束条件,则该社团今年计划招入学生人数最多为 13 【解答】解:由于某所学校计划招聘男教师x名,女教师y名,且x和y须满足,画出可行域为: 对于需要求该校招聘的教师人数最多,令z=x+y⇔y=﹣x+z 则题意转化为,在可行域内任意去x,y且为整数使得目标函数代表的斜率为定值﹣1,截距最大时的直线为过⇒(6,7)时使得目标函数取得最大值为:z=13. 故答案为:13. 思维升华 解线性规划应用问题的一般步骤 (1)审题:仔细阅读材料,抓住关键,准确理解题意,明确有哪些限制条件,借助表格或图形理清变量之间的关系. (2)设元:设问题中起关键作用(或关联较多)的量为未知量x,y,并列出相应的不等式组和目标函数. (3)作图:准确作出可行域,平移找点(最优解). (4)求解:代入目标函数求解(最大值或最小值). (5)检验:根据结果,检验反馈. 基础知识训练 1.【天津市滨海新区2019届高三毕业班质量监测】若满足约束条件,则目标函数的最小值为( ) A. B.1 C. D. 【答案】C 【解析】 画出可行域如下图所示,由图可知,目标函数在点处取得最小值为 .故选C. 2.【天津市红桥区2019届高三一模】设变量x, y满足约束条件,则目标函数的最大值为( ) A.7 B.5 C.3 D.1 【答案】C 【解析】 故选:B.解:满足约束条件的可行域如下图所示: 由得:,A(,1),目标函数z=y﹣2x经过可行域的C 时,取得最大值:3. 故目标函数z=y﹣2x的最大值是3, 故选:C 3.【江西省临川市第一中学2019届高三上学期期末考试】函数上单调递增,则的最小值为( ) A.4 B.16 C.20 D.18 【答案】B 【解析】 因为函数上单调递增, 所以 =上恒成立。又, 所以上恒成立。 记, 则, 整理得:, 把横坐标看作轴,纵坐标看作轴,作出不等式组表示的区域如下图, 令,则, 抛物线恰好过图中点,由线性规划知识可得: 当抛物线过点时,最小,此时取得最小值。 所以 故选:B 4.【上海市普陀区2019届高三3月模拟练习(二模)】已知,且,则存在,使得成立的构成的区域面积为( ) A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 作出不等式组对应的平面区域如图:对应的区域为三角形OAB, 若存在,使得成立, 则, 令,则, 则方程等价为,即, 存在,使得成立, ,即,则对应的区域为单位圆的外部, 由,解得,即,, 则三角形OAB的面积, 直线的倾斜角为,则,即扇形的面积为, 则构成的区域面积为, 故选:A. 5.【广东省执信中学2018-2019学年高二下期中测试】设实数满足,则的最大值为( ) A.14 B. C. D. 【答案】D 【解析】 由约束条件作出可行域如下: 由图像可得, 则, 当且仅当时,取等号; 经检验,在可行域内, 所以的最大值为. 故选D 6.【吉林省长春市吉林省实验中学2019届高三上学期第三次月考】已知实数满足,则的取值范围是( ) A. B. C. D. 【答案】D 【解析】 设,则只需求直线轴上的截距范围。 画出可行域为弓形, 当直线与圆相切时,截距最大,且为, 当直线过点时截距最小,且为1, 所以的取值范围是。 故选:. 7.【安徽省郎溪中学2018-2019学高一下学期期末考试】若点的坐标满足约束条件,则的最大值为( ) A. B. C. D.11 【答案】C 【解析】 作出不等式组对应的平面区域如图: 设得: 平移直线,由图像可知当直线经过点时,直线的截距最小,此时最大,由 ,得,即 将代入目标函数得,即的最大值为; 故答案选C 8.【河南省濮阳市2019届高三5月模拟考试】若变量,满足约束条件,则的最大值为( ) A. B. C. D. 【答案】D 【解析】 由约束条件可得可行域如下图阴影部分所示: 取最大值时,最大 的几何意义为:与原点连线的斜率 由上图可知,点与原点连线斜率最大 由得: 本题正确选项: 9.【云南省云天化中学2018-2019学年高二上学期期中考试】已知是坐标原点,点 ,若点为平面区域上的一个动点,则的最小值是( ) A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 作出可行域如图: 由图象可知当M为A在直线上的射影时,最小,即,故选A. 10.【西省上高县第二中学2019届高三第七次(3月)月考】设为坐标原点,点,若点 满足,则取得最小值时,点的个数是( ) A.1 B.2 C.3 D.无数 【答案】B 【解析】 解:x2+y2﹣2x﹣2y+1≥0即(x﹣1)2+(y﹣1)2≥1, 表示以(1,1)为圆心、以1为半径的圆周及其以外的区域. 当目标函数的图象同时经过目标区域上的点(1,2)、(2,1)时, 目标函数取最小值3. 故点B有两个. 故选:B. 11.【河北省保定市2019年高三第二次模拟考试】设变量满足约束条件,则目标函数的最大值是( ) A. B. C.1 D. 【答案】D 【解析】 作出不等式组表示的平面区域如下: 求得区域的顶点分别为: 因为,它表示点到原点距离的平方 计算三点到原点的距离分别为: 所以点到原点的距离最大 所以的最大值是. 故选:D 12.【安徽省淮南市第一中学2018-2019年高一年级第二学期第二次段考】已知,满足约束条件,则函数的最小值为( ) A. B. C. D. 【答案】D 【解析】 由已知得到可行域如图阴影所示: 目标函数的几何意义是区域内的点到 距离的平方,又, 所以函数的最小值为 故选:D. 13.【天津市部分区2019届高三联考一模】设变量满足约束条件,则目标函数的最大值是( ) A.2 B.3 C.5 D.7 【答案】C 【解析】 画出约束条件,表示的可行域,如图, 由可得, 将变形为, 平移直线, 由图可知当直经过点时, 直线在轴上的截距最大, 最大值为,故选C. 14.【2019年山西省太原市高三模拟试题(二)】已知实数满足,则的取值范围为( ) A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 表示的是可行域内的点与连线的斜率减去.画出可行域如下图所示,,,即与连线的斜率取值范围是,再减去得,故选B. 15.【湖南湖北八市十二校2019届高三第一次调研联考】已知实数满足:,则的取值范围是( ) A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 由约束条件作出可行域如图: , . 令,变形可得,平移目标函数线使之经过可行域,当目标函数线过点时,纵截距最小,此时取得最大值,即.当目标函数线过点时,纵截距最大,此时取得最小值,即. 因为点不在可行域内,所以.故B正确. 16.【湖北省武汉市2019届高中毕业生二月调研测试】若满足约束条件,则的取值范围为( ) A. B. C. D. 【答案】D 【解析】 由,得,作可行域如图所示, 其中, 的最优解在平行四边形的4个边上, 当位于线段时, ,因为,所以; 当位于线段时, ; 当位于线段时, ; 当位于线段时, . 综上可知,的取值范围是,故选D. 17.【2019年甘肃省高三下学期(5)月月考】设,满足约束条件,则的最小值是________. 【答案】0 【解析】 画出可行域如下图所示,由图可知当平移到过点时,. 18.【山东省栖霞市2019届高三高考模拟卷(新课标I)】已知实数,满足,则目标函数的最大值为________. 【答案】3 【解析】 由约束条件可得可行域如下图阴影部分所示: 则求的最大值等价于求解直线在轴截距的最大值 由平移可知,当过点时,在轴截距最大 由得: 本题正确结果: 19.【河南省八市重点高中联盟“领军考试”2019届高三压轴】已知,若,则的取值范围是______. 【答案】 【解析】 根据绝对值的三角不等式,可得, , 又由, 故,, 由取等条件知,, 画出可行域如图, 设,当直线分别经过点和时,目标函数取得最大值和最小值,所以. 20.【浙江省衢州市2018-2019学年高一年级6月教学质量检测】若点,满足约束条件,则的最大值为________,以,为坐标的点所形成平面区域的面积等于________. 【答案】 【解析】 由约束条件可得可行域如下图阴影部分所示: 的最大值即为:直线在轴截距的最大值 由平移可知,当过时,在轴截距最大 由得: 由得:;由得: 平面区域面积为: 本题正确结果:; 21.【福建省晋江市季延中学2017-2018学年高二下学期期末考试】某厂拟用集装箱托运甲、乙两种货物,集装箱的体积、重量、可获利润和托运能力等限制数据列在表中,如何设计甲、乙两种货物应各托运的箱数可以获得最大利润,最大利润是多少? 【答案】当托运甲4箱,乙1箱时利润最大,最大利润为9000元. 【解析】 设甲、乙两种货物应各托运的箱数为x,y,则 - 目标函数, 画出可行域如图. 由.- 易知当直线平移经过点时,z取得最大值百元即9000元 答:当托运甲4箱,乙1箱时利润最大,最大利润为9000元. 22.【山西省晋中市和诚高中有限公司2019届高三8月月考】某研究所计划利用宇宙飞船进行新产品搭载试验,计划搭载若干件新产品A,B,该研究所要根据产品的研制成本、产品重量、搭载试验费用和预计收益来决定具体安排,通过调查得到的有关数据如表: 每件A产品 每件B产品 研制成本、搭载试验 费用之和(万元) 20 30 产品重量(千克) 10 5 预计收益(万元) 80 60 已知研制成本、搭载试验费用之和的最大资金为300万元,最大搭载重量为110千克,则如何安排这两种产品进行搭载,才能使总预计收益达到最大,求最大预计收益是多少. 【答案】960万元 【解析】 设搭载A产品x件,B产品y件,则预计收益z=80x+60y,由题意知, 作出可行域如图所示. 作出直线l:80x+60y=0并平移,由图形知,当直线经过点M时,z取得最大值,由解得即M(9,4). 所以zmax=80×9+60×4=960(万元),所以搭载9件A产品,4件B产品,才能使总预计收益达到最大,最大预计收益为960万元. 能力提升训练 1.【河北省邢台市2018-2019学年高一下学期第三次月考】设满足约束条件,则的最小值为( ) A.3 B.4 C.5 D.10 【答案】B 【解析】 如图由题意得到可行域,改写目标函数得,当取到点时得到最小值,即故选 2.【广东省2019届高三适应性考试】已知实数,满足约束条件,则的最小值为( ) A.-6 B.-4 C.-3 D.-1 【答案】A 【解析】 由z=﹣2x+y,得y=2x+z,作出不等式对应的可行域(阴影部分), 平移直线y=2x+z,由平移可知当直线y=2x+z, 经过点A时,直线y=2x+z的截距最大,此时z取得最小值, 由,解得A(3,0). 将A的坐标代入z=﹣2x+y,得z=﹣6, 即目标函数z=﹣2x+y的最小值为﹣6. 故选:A. 3.【北京市东城区2019届高三第二学期综合练习(一)】若满足则的最大值为 A. B. C. D. 【答案】D 【解析】 绘制不等式组表示的平面区域如图所示, 目标函数即:, 其中z取得最大值时,其几何意义表示可行域内的点到直线距离的倍最大, 据此可知目标函数在点A处取得最大值, 联立直线方程:,可得点的坐标为:, 据此可知目标函数的最大值为:. 故选:D. 4.【河南省洛阳市2018-2019学年高二5月质量检测(期末)】已知实数,满足,则的最大值为( ) A.5 B.4 C. D. 【答案】A 【解析】 由约束条件可得可行域如下图阴影部分所示: 则 取最大值时,取最大值 又的几何意义为与连线的斜率 由图象可知: 本题正确选项: 5.【晋冀鲁豫中原名校2019届高三第三次联考】设满足约束条件,则的最小值为( ) A. B. C. D. 【答案】D 【解析】 由图知的最小值为原点到直线的距离,则最小距离为.故选D. 6.【内蒙古集宁一中(西校区)2018-2019学年高二上学期期中考试】已知变量x,y满足约束条件的最小值为 ( ) A. B. C.8 D.10 【答案】D 【解析】 作出不等式组表示的平面区域,即可行域,如图所示: 因为的几何意义是点与可行域上点间距离的平方, 显然长度最小,则的最小值为, 故选D. 7.【广东省2019届广州市高中毕业班综合测试(一)】已知关于x,y的不等式组 ,表示的平面区域内存在点,满足,则m的取值范围是______. 【答案】 【解析】 作出x,y的不等式组对应的平面如图: 交点C的坐标为, 直线的斜率为,斜截式方程为, 要使平面区域内存在点满足, 则点必在直线的下方, 即,解得,并且A在直线的上方;, 可得,解得, 故m的取值范围是: 故答案为: 8.【湖南省长郡中学2019届高三下学期第六次月考】已知实数满足约束条件: ,若只在点处取得最小值,则的取值范围是______. 【答案】 【解析】 由实数x,y满足约束条件:作可行域如图, 联立,解得. 当时,目标函数化为,由图可知, 可行解使取得最大值,符合题意; 当时,由,得,此直线斜率大于0,当在轴上截距最大时最大, 可行解为使目标函数的最优解,符合题意; 当时,由,得,此直线斜率为负值, 要使可行解为使目标函数取得最大值的唯一的最优解,则,即. 综上,实数的取值范围是,故答案为. 9.【广东省湛江市2019年普通高考测试(二)】若实数满足不等式组,且的最小为,则实数______. 【答案】 【解析】 画出可行域如图阴影部分所示: 当过A时取得最小值,联立得A,则,解m= 故答案为 10.【青海省西宁市湟川中学2019届高三上学期第三次月考】若满足约束条件,的最小值为,则________. 【答案】4 【解析】 由约束条件可得可行域如下图阴影部分所示: 取最小值时,即在轴截距最小 平移直线可知,当过点时,在轴截距最小 由得: ,解得: 本题正确结果:查看更多