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由组合约束条件找出可行区域

一个不等式很容易涂阴影,但三个同时出现,图上就可能布满线条,看不出答案在哪里。

本页内容
  1. 怎样找出区域?
  2. 例题详解
  3. 要留意的错误
  4. 自我检测
  5. 下一步

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?

  1. 画出每条边界线,实线或虚线。
  2. 为每个不等式测试一个点,标出所需的一侧。
  3. 只保留所有所需一侧都重叠的部分。
  4. 读图或联立边界方程,找出顶点。
  5. 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。

常见问题

什么是可行区域?

可行区域(feasible region)是同时满足每一个约束条件的点的集合。在图上,它是各个解区域互相重叠的部分。区域内的点遵守题目中的每条规则,区域外的点至少违反其中一条。

应该涂想要的区域,还是不要的区域?

按题目的指示做,因为有的题要求涂出所需区域,有的题要求涂掉不要的区域。涂掉不要的部分,可行区域就会保持空白干净。无论哪种做法,都要清楚标明区域,不要中途换方法。

怎样找出区域的顶点?

顶点是两条边界线相交的地方。可以从图上读出,也可以联立两条边界方程求解。然后把每个顶点代入每个不等式检查。虚线上的顶点其实不属于区域,即使线在那里相交。

更新于:

下一步

如果同一张图上有好几个约束条件,让你不确定该涂哪里,一对一的老师可以教你一个一个处理,再找出经过所有条件后留下来的区域。

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