一、教学内容分析
线性规划是数学规划中理论较完整、方法较成熟、应用较广泛的一个分支,它能解决科学研究、工程设计、经济管理等许多方面的实际问题.
简单的线性规划(涉及两个变量)关心的是两类问题:
一是在人力、物力、资金等资源一定的条件下,如何使用它们来完成最多的任务;
二是给定一项任务,如何合理规划,能以最少的人力、物力、资金等资源来完成.突出体现了优化的思想.
二、学生学情分析
本节课学生在学习了不等式、直线方程的基础上,又通过实例,理解了平面区域的意义,并会画出平面区域,还能初步用数学关系式表示简单的二元线性规划的限制条件,将实际问题转化为数学问题. 从数学知识上看,问题涉及多个已知数据、多个字母变量,多个不等关系,从数学方法上看,学生对图解法的认识还很少,数形结合的思想方法的掌握还需时日,这都成了学生学习的困难.
三、设计思想
本课以学生为主体,应用“数形结合”的思想方法,培养学生的学会分析问题、解决问题的能力。
四、教学目标
1.知识与技能:
(1)了解线性规划的意义及线性约束条件、线性目标函数、可行解、可行域、最优解等概念;能根据条件建立线性目标函数;
(2)了解线性规划问题的图解法,并会用图解法求线性目标函数的最大值、最小值.
2.过程与方法:培养学生观察、联想以及作图的能力,渗透化归数形结合的数学思想.
3.情感、态度与价值观:
进一步培养学生学习应用数学的意识及思维的创新性.
五、教学重点与难点
重点:线性规划问题的图解法.
难点:图解法及寻求线性规划问题的最优解.
六、学法
对例题的处理可让学生思考,然后师生共同对解题思路进行概括,使学生更深刻地领会和掌握解题的方法。
七、教学设计
(一)自主学习
1. 二元一次不等式(组)表示的平面区域的画法.(由学生回答)
如:画出不等式组 表示的平面区域.
2.设 ,式中变量 满足条件 ,求 的最大值和最小值.
问题:能否用不等式的知识来解决以上问题?(否)
那么,能不能用二元一次不等式表示的平面区域来求解呢?怎样求解?
(二)知识解析
在上述引例中,不等式组是一组对变量 的约束条件,这组约束条件都是关于 的一次不等式,所以又称为线性约束条件。 是要求最大值或最小值所涉及的变量 的.解析式,叫目标函数。又由于 是 的一次解析式,所以又叫线性目标函数.
一般地,求线性目标函数在线性约束条件下的最大值或最小值的问题,统称为线性规划问题。满足线性约束条件的解 叫做可行解,由所有可行解组成的集合叫做可行域。在上述问题中,可行域就是阴影部分表示的三角形区域。其中可行解 和 分别使目标函数取得最大值和最小值,它们都叫做这个问题的最优解.
(三)合作探究
例1.设 ,式中 满足条件 ,求 的最大值和最小值.
说明:
1.线性目标函数的最大值、最小值一般在可行域的顶点处取得;
2.线性目标函数的最大值、最小值也可在可行域的边界上取得,即满足条件的最优解有无数多个。
例2.设 满足约束条件组 ,求 的最大值和最小值.
说明:
1.目标函数中y的系数为负数时,上下平移和y的系数是正数的刚好相反
2. 可行域的边界问题
【变式训练1】在例1的条件下求z=2x+3y-12的最大值和最小值;
【变式训练2】在例2的条件下求z=2x-4y的最大值和最小值
(四)随堂练习:课本第103页的练习。
(及时检验学生利用图解法解线性规划问题的情况)
练习目的:会用数形结合思想,将求 的最大值转化为直线 与平面区域有公共点时,在区域内找一个点M,使直线经过点M时在y轴上的截距最小的问题,为节省时间,教师可预先画好平面区域,让学生把精力集中到求最优解的解决方案上。
(五)课时小结:
1.线性规划问题的有关概念;
2.求最优解的一般步骤
(1)画线性约束条件所确定的平面区域;
(2)取目标函数z=0,过原点作相应的直线;
(3)平移该直线,观察确定区域内最优解的位置;
(4)解有关方程组求出最优解,代入目标函数得最值.
(六)布置作业: 课本第103页练习1第3,4小题
课本第105页练习2
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