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知识点深化 · 不等式 · 小白第一课

线性规划:在 constraints 围成的区域里找最优解

生产甲乙两种产品,利润不同、原料有限,怎么安排产量利润最大?这就是线性规划:先把约束画成可行域,再让目标函数直线平移,找它在哪个顶点取到最值。这一页讲透画图和平移法。

① 这一课怎么学(小白 4 步法)

总用时约 60 分钟,拆成 4 步,一步都别跳:

1读(15分钟)
读③④:约束、可行域、目标函数、平移法。
2画(15分钟)
做⑤:把每个约束画成半平面,交成可行域。
3移(15分钟)
做⑩:平移目标函数直线,看哪个顶点最优。
4说(15分钟)
做⑨:口述为什么最值总在顶点。
第一课小目标学完要能:① 画可行域;② 平移目标函数;③ 在顶点处算最值。

② 一图看懂全课(思维导图)

线性规划约束条件一次不等式组半平面可行域交集多边形边界实线/虚线目标函数z=ax+by一族平行线平移法平移找截距最值在顶点常见题型利润最大用料最省整数最优

读法:从中心节点出发,按五大分支走,每支下的小节点全记住就通关。

③ 先认识它

一句话:线性规划 = 在一组一次不等式约束围成的可行域里,求线性目标函数 z=ax+by 的最大/最小。结论:最优解一定出现在可行域的顶点(边界交点)上。

可行域(阴影)+ 目标函数平移 可行域 z=ax+by 最优顶点
为什么最值在顶点目标函数 z=ax+by 是一族平行直线,平移它时,最先/最后碰到可行域的地方就是某个顶点。所以把所有顶点算出来代入比大小即可。

④ 完整公式 / 体系表

解题三步 ① 画约束:每个不等式画成半平面,交集=可行域(多边形)
② 找顶点:求各边界交点
③ 代值:把每个顶点代入 z=ax+by,比大小得最值
目标平移方向
求 max z=ax+by直线沿法线方向往外移,最后碰到的顶点
求 min z往内移,最先碰到的顶点
b>0截距越大 z 越大
整数最优解若变量要求整数(生产件数),最优解可能不是顶点本身,要在顶点附近找整数格点。

⑤ 用法场景与典型例题

步骤操作
1把约束不等式都画成直线,定半平面
2标出可行域顶点
3顶点代入 z,比大小
例:求 z=x+y 最大约束 x≥0,y≥0,x+y≤2。
解:可行域是三角形,顶点 (0,0),(2,0),(0,2)。代入 z:0,2,2。最大 2。

⑥ 高频错误诊断

错误1:半平面方向画反
不等式 ≥ 还是 ≤,决定直线哪一侧。用原点 (0,0) 代入检验。
错误2:漏画坐标轴约束
题目常隐含 x≥0,y≥0(产量不能负),别漏。
错误3:顶点算错
两条边界方程联立求解,算完要代回检验。
错误4:把边界点当内部点
最值在边界顶点,不在区域内部。
错误5:忽略整数要求
实际问题产量是整数,顶点若不是整数要找附近格点。

⑦ 考点与真题演练

题型怎么考应对
选择/填空给约束求 z 最值画可行域代顶点
应用题生产安排利润最大建模→画图→代顶点
整数规划产量件数顶点附近找格点

真题风格演练(点击选项即时判断)

真题风格·选择x≥0,y≥0,x+y≤1,z=x+2y 最大值?
真题风格线性规划最优解一般在可行域的?
真题风格·解答x≥0,y≥0,x≤1,y≤1,z=x+y 最大值?
考场提分提醒画图时用原点代入判断半平面:把 (0,0) 代入不等式,成立就在含原点那侧。顶点联立方程后一定代回 z 比大小。

⑧ 必背公式卡

1. 约束画半平面,交集是可行域。
2. 最优解在可行域顶点。
3. z=ax+by 是平行直线族。
4. 求 max 往外平移,最后碰到的顶点。
5. 原点 (0,0) 判半平面方向。
6. 实际问题注意整数约束。

⑨ 应用输出(建模 / 口述解题)

口述训练
练习 A:说为什么最值总在顶点——目标函数是线性的,极值出现在边界。
练习 B:说怎么判断半平面方向——用原点代入。
练习 C(建模):生产甲乙产品,利润不同、原料有限,怎么列约束?答:设 x,y 产量,把原料、工时写成不等式,利润写目标函数。

⑩ 分层练习 18 题(基础6 + 中档6 + 拔高6)

基础1x≥0,y≥0,x≤1,y≤1,可行域是?
边长1的正方形。
基础2线性规划最优解在哪?
顶点。
基础3z=x+y 在 (0,0),(1,0),(0,1) 中最大?
max=1(在(1,0)或(0,1))。
基础4判断半平面方向用什么点?
原点 (0,0)。
基础5x≥0 表示哪一侧?
y 轴右侧。
基础6目标函数 z=ax+by 是一族什么线?
平行线。
中档7x≥0,y≥0,x+y≤2,求 z=x+2y 最大。
顶点(0,0):0,(2,0):2,(0,2):4 → max=4。
中档8上题求 z=x−y 最大。
(2,0):2 最大 → 2。
中档9x≥0,y≥0,x+y≤1,求 z=2x+y 最大。
(1,0):2 最大 → 2。
中档10x≥0,y≥0,x≤2,y≤2,z=x+y 最大?
(2,2):4 → 4。
中档11约束 x≥0,y≥0,x+y≤3,2x+y≤4,求交点。
联立 x+y=3 与 2x+y=4 → x=1,y=2。
中档12上题若 z=x+y,最大值在哪个顶点?
(1,2) 和 (3,0) 都使 z=3,最大 3。
拔高13生产甲利润 3 元/件、乙 4 元/件;甲耗 A 料 1、乙耗 A 料 2,A 料共 8;甲耗 B 料 2、乙耗 B 料 1,B 料共 8。求最大利润。
约束 x+2y≤8,2x+y≤8,x,y≥0。顶点(0,0):0,(4,0):12,(0,4):16,(8/3,8/3):3·8/3+4·8/3=56/3≈18.7。最大利润 56/3 元。
拔高14上题若产量必须整数,最优整数解?
顶点附近试 (2,3):6+12=18;(3,2):9+8=17;(2,3) 最优 18 元。
拔高15x≥0,y≥0,x+2y≥4,求 z=x+y 最小值。
可行域无界,最小在 (4,0) 或 (0,2):z=4 或 2,最小 2。
拔高16线性规划最优值常在可行域的哪里取到?
顶点(边界交点)。
拔高17约束 x+y≤4,x≥0,y≥0,z=x+2y 最大值。
顶点(0,0)(4,0)(0,4),z 最大在 (0,4)=8。
拔高18目标函数与某边界平行时最优解?
有无穷多最优解(整条边)。

⑪ 记忆口诀与 7 天复习计划

三句口诀① 约束画成半平面,交集就是可行域。
② 目标函数平移走,最值落在顶点上。
③ 原点代入判方向,整数问题找格点。

7 天复习计划

天任务自检标准
第1天读③④ + 记三步说清画图→找顶点→代值
第2天做基础1-66题全对
第3天做中档7-12会画可行域
第4天做拔高13-15会建模应用题
第5天做⑦真题3题全对
第6-7天口述一道生产安排题说清约束怎么列