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附加数学 · 线性规划

画出可行域

直线你会画,但阴影涂在哪一侧,你总要猜一下。

可行域是同时满足所有约束条件的点的集合。先画每条边界线,判断该涂哪一侧,最后只保留它们的重叠部分。

本课紧接把情境写成线性约束,属于线性规划单元。

怎样画一个约束?

把不等式变成等式,画出那条直线。像 x + y = 8 这样的直线,用两个截距 (8, 0) 和 (0, 8) 就能画。然后根据符号选实线或虚线,再用一个点测试,决定阴影在哪一侧。

例题:三个约束

画出由 x + y ≤ 8、y ≥ 2 和 y ≤ 2x 定义的区域,其中 x 和 y 不为负。

  1. x + y = 8 用实线。测试 (0, 0):0 ≤ 8 成立,所以阴影在包含原点的一侧。
  2. y = 2 是一条实线的水平线。测试 (0, 5):5 ≥ 2 成立,所以保留它上方的一侧。
  3. y = 2x 用实线,且经过原点。这里不能测试 (0, 0),改试 (1, 5):5 ≤ 2 不成立,说明区域在下方一侧,也就是这条线的下面。

重叠的部分是一个三角形。顶点来自每两条线的交点:

  • y = 2 和 y = 2x 相交于 x = 1,得 (1, 2)。
  • y = 2 和 x + y = 8 相交于 x = 6,得 (6, 2)。
  • y = 2x 和 x + y = 8 相交处 3x = 8,得 (8/3, 16/3)。

检验 (3, 3) 在区域内:6 ≤ 8,3 ≥ 2,3 ≤ 6 都成立。

会丢分的写法

遇到经过原点的直线,有同学仍旧用 (0, 0) 测试。代入 y ≤ 2x 得 0 ≤ 0,这对每一条经过原点的直线都成立,所以看不出阴影在哪一侧。

请选一个明显不在线上的点,例如 (1, 5) 或 (5, 1),再判断它是否满足不等式。

虚线与严格不等式

如果题目说「多于 3 张海报」,就是 y > 3,边界线要画成虚线。顶点仍然能帮你画出区域,但虚线上的点是不允许的。

求最大值或最小值时,答案出现在顶点上。若边界是虚线,要留意题目有没有整数的条件,因为可能要用区域内的下一个整数。

自测

求区域 x + y ≥ 4、x ≤ 5、y ≤ 3 的顶点,其中 x 和 y 不为负。

答案

画出 x + y = 4(截距 (4, 0) 和 (0, 4))、x = 5 和 y = 3。测试 (0, 0):0 ≥ 4 不成立,所以阴影在这条线的上方。

顶点是各条边界在区域内相交的点:

  • x + y = 4 和 y = 0:(4, 0)。
  • y = 0 和 x = 5:(5, 0)。
  • x = 5 和 y = 3:(5, 3)。
  • y = 3 和 x + y = 4:(1, 3)。

点 (0, 4) 不满足 y ≤ 3,所以不是顶点。

接下来学什么

请继续在顶点测试目标函数,用这些角上的点计算。把阴影上的错误记在错题记录里。

想让老师逐条线检查你的区域,请了解一对一附加数学补习。

常见问题

怎样知道不等式的阴影在哪一侧?

在边界线外挑一个点代入不等式。如果成立,阴影就在包含这个点的一侧;不成立,阴影就在另一侧。一般选 (0, 0),因为它最好算。

什么时候用实线,什么时候用虚线?

含等号的符号(≤ 或 ≥)用实线,不含等号的(< 或 >)用虚线。虚线表示边界上的点不在区域里。

怎样求顶点的坐标?

顶点是两条边界线的交点。把两个方程联立,解出 x 和 y。注意检验这个点是否满足其他所有不等式,不满足的交点不是可行域的顶点。

经过原点的直线怎么测试?

不能用 (0, 0),因为点在线上,代入后总是取等号,看不出在哪一侧。请选一个明显不在线上的点,例如 (1, 5) 或 (5, 1)。

阴影时对时错?一对一补习的老师可以看着学生画图,指出是哪条线的测试点选错,再练出固定的做法。

  • 为孩子安排线上一对一课程,由经验丰富的老师授课。
  • 第一堂是一小时试听课,RM50 起。学费在预约前就先谈好。
  • 对老师满意就继续上课,每堂约 1.5 小时;不满意可以要求换老师。