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适用数学/线性规划和图形解法

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线性规划

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线性规划是一种用来寻找函数的最小值或最大值的方法。该值将满足一组已知的条件(约束)。约束是线性规划问题中的不等式。它们的解被绘制成一个可行区域,它是一组点。这些点是不等式图形的交点。当约束系统图形是一个多边形区域时,该区域被称为有界区域。

使用线性规划解决问题时,有 7 个步骤。

1. 定义 变量。

2. 写出 一组不等式。

3. 绘制 不等式系统图形。

4. 找出 可行区域顶点的坐标。

5. 写出 要最大化或最小化的函数。

6. 将 顶点坐标代入函数。

7. 选择 最大的或最小的结果。回答 问题。

许多现实世界中的问题可以使用线性规划来解决。这些问题对变量有限制。变量的某个函数必须最大化或最小化。

一家公司销售两种不同的产品 A 和 B,分别获得 40 卢比和 30 卢比的利润。它们都借助共同的生产流程生产,并在两个不同的市场上销售。生产流程的总产能为 30000 人工时。生产一单位 A 需要 3 个小时,生产一单位 B 需要 1 个小时。市场已经过调查,公司管理人员认为 A 产品的最大销量为 8000 单位,B 产品的最大销量为 12000 单位。在这些限制下,产品可以以任何组合销售。将这个问题作为一个线性规划模型来制定,以最大化利润。

目标函数

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有时,在线性规划问题中,识别可行区域并不是唯一需要做的事情。为了最大化或最小化函数,必须找到最佳的数值组合。这就是目标函数的作用。它可以具有最大值、最小值、两者都有,或两者都没有。这完全取决于可行区域。

有两种不同的通用区域类型:有界区域和无界区域。有界可行区域既有最小值也有最大值。无界可行区域要么有最小值,要么有最大值,绝不会两者都有。这种目标函数的最小值或最大值总是出现在可行区域的顶点处。然而,这个数学思想是一个证明,它适用于更高级的数学。

有界区域示例

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绘制 以下不等式系统图形。命名 可行区域顶点的坐标。找出 函数 f(x,y) = 3x + y 在此区域中的最大值和最小值。x > 1

y > 0 2x + y < 6

1. 找出 区域的顶点。绘制 不等式图形。

形成的多边形是一个三角形,其顶点位于 (1, 4)、(3, 0) 和 (1, 0) 处。

2. 使用 表格找出 f(x, y) 的最大值和最小值。 顶点坐标代入函数。最大值为 9,在 (3, 0) 处。最小值为 3,在 (1, 0) 处。

无界区域示例

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绘制 以下不等式系统图形。命名 可行区域顶点的坐标。找出 函数 f(x, y)= 5x + 4y 在此区域中的最大值和最小值。

2x + y > 3

3y - x < 9

2x + y < 10

绘制 不等式系统图形。只有两个交点:(0, 3) 和 (3, 4)。

最大值为 31,在 (3, 4) 处。

虽然 f(0, 3) 为 12,但它不是最小值,因为解中还有其他点产生更小的值。例如,f(3, -2) = 7,f(20, -35) = -40。之所以看起来是这样,是因为该区域是无界的,f(x, y) 没有最小值。

最大值和最小值

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有时,需要找出线性函数在可行区域中的点所具有的最小值或最大值。相关函数的最小值或最大值总是出现在可行区域的顶点之一。

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