本题导读
本题考查简单的线性规划问题,以及目标函数的最值求解。
📌【题干】
Question
(2004年全国卷IV(理)) 设 满足约束条件: ,则 的最大值是 .
🔍【思路分析】
破题导航
- 绘制可行域:在直角坐标系中,依次画出三条边界直线 、 、 (即 轴),并根据不等号的方向判断出公共围成的封闭图形区域(可行域)。
- 分析目标函数的几何意义:将目标函数 变形为斜截式直线方程: 。该直线的斜率恒为 ,其在 轴上的截距就是 的值。因此,求 的最大值等价于让直线在保持斜率不变的前提下向上平移,寻找其与可行域有公共点时在 轴上截距的最大临界位置。
- 锁定最优解顶点:由于可行域为凸多边形区域,线性规划的最值必然在可行域的几何顶点处取得。求出所有顶点的坐标,直接代入目标函数进行数值大小比较即可。
✅【答案】
Success
✍【详细解析】
Abstract
解:
第一步:作图画出可行域 在平面直角坐标系中,依次作各不等式边界线对应的直线:
直线 ,其交坐标轴于点 和 。
直线 ,是一条过原点的第一、三象限平分线。
直线 ,即整个 轴。
根据不等式组的符号约束:
- 表示在直线 的左下方;
- 表示在直线 的右下方;
- 表示在 轴及其上方。 这三条线共同围成一个三角形封闭区域(包含边界线),即为可行域。
第二步:求出该可行域三角形的三个顶点坐标
- 顶点 A(原点):由 与 联立,解得 。
- 顶点 B:由 与 联立,解得 。
- 顶点 C:由 与 联立,求解方程组: 解得 。
第三步:平移目标函数(或代入顶点)求最值 将目标函数变形为直线系方程: 。 由于该直线斜率为 ,随 值的增大,直线向右上方平移。 观察图象几何形态,当直线平行移动经过三角形外侧的顶点 时,直线在 轴上的截距 达到最大值。
我们直接采用顶点价值数代入法进行最终核验:
- 将 代入目标函数:
- 将 代入目标函数:
- 将 代入目标函数:
对比各顶点的函数值: 。 所以, 的最大值为 2。
答:2
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:二元一次不等式组围成的几何区域判定、目标函数的直线截距式物理意义。
- 核心方法:数形结合图解法、交点联立顶点代入法。
- 避坑指南:
- 画线确定区域时,千万不能错判不等号的方向。例如 的有效区域位于直线的下方而不是上方,区域一旦选错,对应的交点和最大值将完全偏离。在不确定时,可以通过取特定测试点(如取 代入各项不等式)进行快速符号核准。
- 目标函数转化时注意变号, ,其截距项符号为正,所以 的极大化与截距的极大化方向完全一致。如果目标函数写成 ,由于 前面带负号,截距越小 反而越大,此时平移方向会完全相反。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 经典高中解析几何中关于初等线性规划的标准必考填空题。
- 结论推广: 在线性约束围成的凸多边形可行域内,线性目标函数 的最值必在可行域的某个顶点处取得。因此只需求出各顶点坐标并逐个代入比较即可。
🔗【关联脉络】
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