可行区域是每一个约束条件同时成立的地方。先逐个处理每个不等式,再只保留重叠的部分。
这一课建立在画线性不等式的边界线之上。之后,检查给定的点会利用这个区域来判断某个点是否可以接受。
怎样找出区域?
- 画出每条边界线,实线或虚线。
- 为每个不等式测试一个点,标出所需的一侧。
- 只保留所有所需一侧都重叠的部分。
- 读图或联立边界方程,找出顶点。
- 取区域内一个点,代入每个不等式检查。
有些题目要求涂出所需区域,有些要求涂掉不要的区域,让可行区域保持空白。开始前先看清指示。
例题详解
找出 x ≥ 1、y ≥ 2 和 x + y ≤ 6 的可行区域。
第一步,边界: x = 1 是竖直的实线。y = 2 是水平的实线。x + y = 6 是经过 (6, 0) 和 (0, 6) 的实线。
第二步,各自的一侧: x ≥ 1 要 x = 1 的右边。y ≥ 2 要 y = 2 的上方。x + y ≤ 6 要含原点的一侧,因为 0 ≤ 6 成立。
第三步,重叠部分: 在 x = 1 右边、y = 2 上方且在 x + y = 6 下方的点,形成一个三角形。
第四步,顶点:
- x = 1 与 y = 2 相交于 (1, 2)。
- x = 1 与 x + y = 6:y = 5,所以是 (1, 5)。
- y = 2 与 x + y = 6:x = 4,所以是 (4, 2)。
第五步,整数点: x = 1 时,y 可取 2、3、4、5,共 4 个点。x = 2 时,y 取 2、3、4,共 3 个点。x = 3 时,y 取 2、3,共 2 个点。x = 4 时,y 取 2,共 1 个点。总数是 4 + 3 + 2 + 1 = 10 个整数点,在边界上的也算,因为线是实线。
检查: (2, 3) 得 2 ≥ 1、3 ≥ 2 和 5 ≤ 6,全部成立。
要留意的错误
错误解法: 对每个不等式涂出所需一侧,然后把整个阴影区域都保留,包括只被一两个不等式涂到的部分。
学生把约束条件当成”或”,而不是”且”。
可行区域必须满足所有约束条件,所以只能是重叠部分。像 (5, 5) 这样的点可能满足 x ≥ 1 和 y ≥ 2,但 x + y = 10 不 ≤ 6,所以 (5, 5) 不可行。
改正的方法是:凡是你认为在区域内的点,都要代入每一个不等式检查,而不只是第一个。
自我检测
1. 对上面的 x ≥ 1、y ≥ 2 和 x + y ≤ 6,(4, 3) 在可行区域内吗?
查看答案
4 ≥ 1 成立,3 ≥ 2 成立,但 4 + 3 = 7,7 ≤ 6 不成立。
不在,因为它违反了一个约束条件。
2. 求区域 x ≥ 0、y ≥ 0 和 x + 2y ≤ 8 的顶点。
查看答案
x = 0 与 y = 0 相交于 (0, 0)。令 y = 0:x = 8,得 (8, 0)。令 x = 0:2y = 8,y = 4,得 (0, 4)。
(0, 0)、(8, 0) 和 (0, 4)
3. 满足 x ≥ 1、y ≥ 1 和 x + y ≤ 4 的整数点有几个?
查看答案
x = 1:y = 1、2、3,共 3 个点。x = 2:y = 1、2,共 2 个点。x = 3:y = 1,共 1 个点。
总数:3 + 2 + 1 = 6 个点。
下一步
接着学习检查给定的点是否满足每个约束条件,用同样的测试,但不必作图。无计算器运算训练能帮你算顶点。之前的联立关系单元说明了怎样求两条直线的交点。
当几个约束条件重叠时,数学线上一对一补习的老师可以看你怎样安排整张图,并建议一个让图保持清晰的顺序。