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线性目标函数解的探求


简单线性规划是教科书中的新增内容,从教学情况看,有不少学生对线性目标函数的最优解的确定存在诸多疑惑,笔者根据教后的体会,从以下几个方面例说给读者,从而达到拓宽解题思路,提高解题能力的目的。

一、 理论问题线性目标函数的最优解的探求

例:解线性规划问题,求Z = 3 x + y的最大值,使式中的x、y满足约束条件

解:作出可行域,如图五边形OABCD表示的平面区域,作出直线L0 :3x + y = 0 ,将它平移至点B,显然,点B的坐标是可行域中的最优解,它使Z = 3 x + y 达到最大值,解方程组 得点B的坐标为(9 ,2),∴Zmax = 3×9 + 2 = 29

通过这个例子,可以得到下面的规律:在线性条件不变的情况下,可行域中最优解对应点在何处,与目标函数Z = ax + by + c (a≠0,b≠0)所确定的直线L0: ax + by + c = 0 的斜率有关:

1、 当时:

(1)若,线段BC上所有点的坐标都是使Z取得最大值的最优解(最优解有无穷多个);

(2)若,点B的坐标(9,2)是最优解;

(3)若,点C的坐标(3,6)是最优解。

2、当时的不同情形留给读者自己完成。

二、 利用格点法求整数解

有些应用题是在可行域里寻找整数解,在有限范围内可直接作图找出格点(对靠近边界的个别点是否符合,可代入线性约束条件检验,作出合理的取舍)

例1:配制A、B两种药剂,需要甲、乙两种原料,已知配一剂A种药需甲原料3mg,乙原料5mg;配一剂B种药需甲原料5mg,乙原料4mg,今有甲原料20 mg,乙原料25mg,若A、B两种药至少配一剂,共有多少种配制方法?

解:设A、B两种药分别配x、y剂,(x、y∈N+ ),由题意,则

作出可行域,是一直线L1 :x = 1 , L2 :y =1 , L3 :3x + 5y =20, L4:5x + 4y = 25 围成的区域。

∵ x、y ∈N+

∴ 在区域内作出所有格点(整数点),由图知区域内的所有格点为(1,1),(1,2),(1,3),(2,1),(2,2),(3,1),(3,2),(4,1)。共8个点,所以在至少配备一剂的情况下,共有8种不同的配制方法。

三、 先“估计”后“核实”求最优解

为了寻找最优解,有时在边界上找不到,得要在边界交点(区域顶点)附近寻找最优整数解,单凭现图观察往往粗糙而不准确,通过区域顶点的目标值适当放缩---估计,然后通过解不等式(组)探求最优解──核实。

例2:有同一批规格钢条,有两种切割方式,可截成长度为a的两根,长度为b的3根,(1)现需2根a长与1根b长配成一套,问按两种方式进行切割应满足的比例是多少?(2)如果长度为a的至少需50根,长度为b的至少需45根,问如何切割可使钢条用量最省?

解:设第一、第二种分别切x、y根同规格的钢条,则长为a的有2x+3y根,长为b的有3x+y根。

(1) 配套的话:
         

        一、二种截法的比为1:4

(2) 由题意,则作出可行域

由题意x、y∈N

∴ A ( 85 / 7,60/7)

作直线L:x+y=z

当L过A点时:, 但此时

∴若 x、y∈N时,Zmax=x+y=21 (先估计)

后核实

∴第一、二种分别切13根、8根或第一、二种分别切12根、9根用料最省,都是21根。

从上面的问题解决可以发现,在参数较大的可行域中找整数解,因它有无数个,通常是求最优整数解,在数据较大时难以从图形上观察得出,必须根据斜率比较判断(如)最优解可能是哪一个区域的点,如最优整数解不是最优区域顶点,就得先估计后核实了。

四、 利用不等式探求某些简单规划问题的最优解

例3:某厂使用两种零件A、B装配两种产品x、y,该厂的生产能力是月产x最多2500件,月产y最多1200件,而组装一件x需4个A、2个B,组装一件y需6个A、8个B。某个月,该厂能用A最多14000个,B最多12000个,已知产品x每件利润1000元,产品y每件利润2000元,欲使该月利润最高,需组装产品x、y各多少件?最高利润是多少万元?

解:设月生产产品x、y分别为x件、y件,该月利润为Z,则:

目标函数Z=1000x+2000y,即Z=1000(x+2y)

,易得

(元)

等号成立的条件是符合条件(1)、(2)

∴最优解为(2000,1000),即组装产品x为2000件、产品y为1000件时,月利润最高,最高利润400万元。

本题若利用线性规划的方法求最优解也是很简便的,而用不等式求解时,主要考虑较复杂的约束条件(如本例中的(3)、(4)),而较简单的约束条件(如本例中的(1)、(2))则用来检验最优解是否符合即可,因此,灵活运用不等式的二元一次不定方程的知识,也能有效突破难点,有时解法更简洁、更易懂。


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