本题导读

本题核心考查线性规划中的逆向最值问题。解题的关键在于通过不等式组正确绘制平面可行域,理清目标函数 对应动直线的几何意义,并通过“仅在唯一顶点处取得最大值”这一边界约束,锁定动直线斜率的取值范围。

📌【题干】

Question

(2006年重庆卷(理)) 已知变量 满足约束条件 , 。若目标函数 (其中 )仅在点 处取得最大值,则 的取值范围为.

🔍【思路分析】

破题导航

绘制可行域: 将约束条件拆解为四个一元二次直线边界:

  • 这四条直线两两平行,在坐标系中围成一个封闭的矩形区域。 确定关键点坐标: 联立 与 ,解得交点恰好为 。 转换目标函数的几何物理意义: 将 变形为斜截式直线方程: 。
  • 这是一组斜率恒为 、在 轴上的截距为 的平行动直线。
  • 寻找 的最大值,等价于寻找该动直线向上平移时,与可行域有公共点的最高截距位置。 斜率边界控制分析: 题目要求仅在 处取得最大值,说明当直线经过 时,其截距必须严格大于经过邻近边界或相邻顶点的截距。 通过动态旋转直线,对比 处交会拓扑的两条边界线 (斜率为 )与 (斜率为 )的倾斜程度,列出关于 的不等式组求解。

✅【答案】

Success

(或 )

✍【详细解析】

Abstract

约束条件围成的平面可行域是一个矩形区域。 我们来校验题目中给出的核心最值点 。 联立矩形的两条边界直线方程: 由此可知,点 正好是边界线 与 的交点(矩形的一个顶点)。

目标函数为 ,将其化为关于变量 的直线斜截式: 该直线的斜率恒为 。因为题目已知 ,所以该直线的斜率 (严格为负斜率,直线向右下方倾斜)。 要在可行域内求 的最大值,就是使该直线在 轴上的截距 达到最大。

要让直线 在向右上方平移时,有且仅有在顶点 处与矩形可行域最后接触(即取得唯一最大值),动直线的斜率 必须夹在相交于该顶点的两条边界直线的斜率之间。

  1. 边界线 的斜率为:
  2. 边界线 的斜率为:

由于动直线的斜率 ,为了保证直线在向上平移时不会与整条线段 重合(若重合,则最大值点会有无数个,不满足“仅在”的要求),动直线的倾斜程度必须比 更陡峭。 即动直线的斜率必须严格小于边界线 的斜率:

同时,由于 ,其自然小于边界线 的正斜率 ,因此右侧边界自然满足。

综上所述,为了保证最值点的唯一性与正确性,必须满足:

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 核心考点:线性规划的可行域绘制、目标函数的截距几何化转换。
  • 核心方法:边界斜率比较法(不需要每次都费时画出绝对精准的图,利用顶点两侧邻边的斜率进行夹逼限制是最高效的手段)。
  • 避坑指南:
  • 陷阱一:含端点等号的混淆。题目强调了**“仅在”**二字,这意味着目标函数在最优处不能与边界线 重合。若重合(即 ),则整个线段上的点都能取得最大值。因此,最终答案区间必须是开区间,不能带等号,填成 将一分不得。
  • 陷阱二:斜率正负号符号颠倒。由 导出的斜率是 。在解 时,两边同乘负号记得不等号改变方向,从而得到 。

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源: 本题源于旧教材必修五“简单的线性规划”章节中关于目标函数系数含参的经典逆向思维拔高题。 结论推广: 对于最大值仅在两条边界线 与 () 的交点处取得的模型,若目标函数变形后的动直线斜率为 ,则在图形凸包的特定象限边缘,恒有 或类似的斜率夹逼定则。

🔗【关联脉络】

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