本题导读
本题考查二元一次不等式组构成平面可行域的线性规划最值问题。核心在于在平面直角坐标系中精确绘出可行域的多边形边界,通过分析目标函数的几何截距意义,锁定取得极值的顶点坐标代入求解。
📌【题干】
Question
(2007年湖北卷(理)) 设变量 满足约束条件 ,则目标函数 的最小值为________。
🔍【思路分析】
破题导航
- 绘制可行域平面交集:
- 直线 , 取其下方区域。
- 直线 , 取其上方区域。
- 竖直平行边界线: 与 之间。
- 求解可行域的各关键顶点:
- 联立各边界方程, 锁定左侧、下方等可能取得最小值的顶点坐标。特别注意左边界 的交点。
- 分析目标函数的截距几何意义:
令 。
代表直线在 轴上的截距。当直线向左下方平行移动时, 截距 逐渐减小。
在图象上将斜率为 的动态直线自左向右下平移, 触碰到可行域的第一个顶点即为最小值点。
✅【答案】
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✍【详细解析】
Abstract
解:在平面直角坐标系 中,将约束条件中各不等式所指示的半平面区域进行叠合绘制:
, 直线 及其右下方区域;
, 直线 及其右上方区域;
, 夹在两条垂直竖直线 与 之间的条带状区域。
上述三个区域的公共交集构成一个无漏的封闭凸多边形(四边形)可行域。
令目标函数为 , 变形将其写为直线的斜截式方程形式: 该方程在几何学上严格代表一条斜率固定为 、在 轴上截距为 的动态平行直线系。 显然, 当该直线向左下方平行流转移动时, 纵截距 随之连续变小。要使目标函数取得极小值, 直线必须平移至触碰该可行域的最左下角边缘顶点。
观察并计算可行域最左侧边界上的顶点: 将左边界竖直线 分别与另外两条倾斜边界线联立求交点:
- 与 联立:得交点 ;
- 与 联立:得交点 。
比较两个可能顶点的目标函数值,或通过斜率比对判定: 动态目标直线斜率为 , 边界线 的斜率为 , 显然目标直线比边界线更陡峭。 当动态直线自左向右平移时, 必然在交点 处首次冲入可行域。 将顶点 的坐标直接代入目标函数公式中:
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:平面可行域无漏绘制、目标函数 的截距几何平移法。
- 核心方法:数形结合图解法、顶点代入核验法。
- 避坑指南:
- 解线性规划题, 绝对不能偷懒不画草图。
- 很多同学因不画图, 盲目联立 与 解出交点 误认为是最小值点代入算出 , 从而完美掉入陷阱。
- 必须要老老实实在草稿纸上画出三线交界, 准确锁定最左侧 与 交出的端点 才是真正的极限下界点。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:简单线性规划、二元一次不等式组与可行域是湖北卷(理)选择题/填空题的常考角度,同型题见下方类题演练。 结论推广:本题落点是简单线性规划、二元一次不等式组与可行域的核心结论,解题时先明确其定义与适用条件,再代值计算。 方法推广:采用图解法(可行域数形结合)、顶点平移截距法,注意先判断题型特征再选择对应方法,避免生搬硬套。
🔗【关联脉络】
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