信息技术应用 用Excel解线性规划问题举例设计意图

简单线性规划教学设计

教学分析：

本节内容在教材中有着重要的地位与作用．线性规划是利用数学为工具，来研究一定的人、财、物等资源在一定条件下，如何精打细算巧安排，用最少的资源，取得最大的经济效益．它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，并能解决科学研究、工程设计、经济管理等许多方面的实际问题．中学所学的线性规划只是规划论中的极小一部分，但这部分内容体现了数学的工具性、应用性，同时也渗透了化归、数形结合的数学思想，为学生今后解决实际问题提供了一种重要的解题方法——数学建模法．通过这部分内容的学习，可使学生进一步了解数学在解决实际问题中

的应用，培养学生学习数学的兴趣、应用数学的意识和解决实际问题的能力．

把实际问题转化为线性规划问题，并给出解答是本节的重点也是难点．对许多学生来说，解数学应用题的最常见的困难是不会将实际问题转化成数学问题，即不会建模，所以把实际问题转化为线性规划问题作为本节的难点．对学生而言，解决应用问题的障碍主要有三类：①不能正确理解题意，弄清各元素之间的关系；②不能分清问题的主次关系，因而抓不住问题的本质，无法建立数学模型；③孤立地考虑单个的问题情境，不能多方面联想，形成正迁移．针对这些障碍以及题目本身文字过长等因素，将本节设计为计算机辅助教学，充分利用现代化教学工具，从而将实际问题鲜活直观地展现在学生面前，以利于理解．

实际教学中注意以下几个问题：①用图解法解决线性规划问题时，分析题

目的已知条件，找出约束条件和目标函数是关键．可先将题目中的

量分类、列出表格，理清头绪，然后列出不等式组(方程组)寻求约束条件，并就题目所述找到目标函数．②可行域就是二元一次不等式组所表示的平面区域，可行域可以是封闭的多边形，也可以是一侧开放的无限大的平面区域．③如果可行域是一个凸多边形，那么一般在其顶点处使目标函数取得最大值或最小值，最优解一般就是多边形的某个顶点．到底哪个顶点为最优解，可有两种确定方法：一是将目标函数的直线平行移动，最先通过或最后通过的顶点便是；另一种方法可利用围成可行域的直线的斜率来判断．④若实际问题要求的最优解是整数解，而我们利用图解法得到的解为非整数解(近似解)，应作适当的调整．其方法应以与线性目标函数的直线的距离为依据，在直线的附近寻求与此直线距离最近的整点，不要在用图解法所得到的近似解附近寻找．如果可行域中的整点数目很少，采用逐个试验法也是很有效的办法．⑤在线性规划的实际问题中，主要掌握两种类型：一是给定一定数量的人力、物力资源，问怎样运用这些资源能使完成的任务量最大，收到的效益最大；二是给定一项任务，问怎样统筹安排，能使完成的这项任务耗费的人力、物力资源最小．

如果条件允许，可将本节的思考与讨论融入课堂．

三维目标：

1．使学生了解线性规划的意义以及约束条件、目标函数、可行解、可行域、最优解等基本概念；了解线性

规划问题的

图解法，并能应用它解决一些简单的实际问题．

2．通过本节内容的学习，培养学生观察、联想以及作图的能力，渗透集合、化归、数形结合的数学思想，提高学生“建模”和解决实际问题的能力．

3．通过本节学习，

理解线性规划求最优解的原理，明确线性规划在现实生活中的意义．

教学重点：求线性目标函数的最值问题，培养学生“用数学”的意识，理解线性规划最优解的原理．

教学难点：把实际问题转化为线性规划问题，并给出解答．

教学过程

导入新课

思路 (问题引入)在生产与营销活动中，我们常常需要考虑：怎样利用现在的资源取得最大的收益，或者怎样以最少的资源投入去完成一项给定的任务．我们把这一类问题称为“最优化”问题．线性规划知识恰是解决这类问题的得力工具．由此展开新课．

推进新课、新知探究

提出问题

回忆二元一次不等式Ax＋By＋C＞0在平面直角坐标系中的平面区域的确定方法. 1．怎样从实际问题中抽象出不等式组，并画出所确定的平面区域？

2．你能给出解决线性规划问题的一般步骤吗？阅读教材，明确什么是目标函数，线性目标函数，约束条件，线性约束条件，线性规划问题，最优解，可行域。

活动：教师引导学生回顾二元一次不等式表示平面区域常用的方法是：直线定界、原点定域，即先画出对应直线，再将原点坐标代入直线方程中，看其值比零大还是比零小；不等式组表示的平面区域是各个不等式所表示的平面点集的交集，是它们平面区域的公共部分．

教师引导学生探究教材本节开头的问题．根据上节所学，学生很容易设出计划生产甲种产品x工时，生产乙种产品y工时，且很容易地列出获得利润总额为f＝30x＋40y，

①及x，y满足的条件3x＋2y≤1 200，x＋2y≤800，x≥0，y≥0。

②教师引导学生画出上述不等式组表示的区域，如下图．

结合图形，教师与学生一起探究，原问题就是在x，y满足②的情况下，求f的最大值．也就是在图中阴影部分内找一点，把它的坐标代入式子30x＋40y时，使该式值最大．若令30x＋40y＝0，则此方程表示通过原点的一条直线，记为l0，则在区域OABC内有30x＋40y≥0.设这个区域内任意一点P(x，y)到l0的距离为d，则d＝|30x＋40y|302＋402＝30x＋40y302＋402，即30x＋40y＝302＋402•d.

由此可发现，点P(x，y)到直线l0的距离d越大，式子30x＋40y的值就越大．这样问题又转化为：在区域OABC内，找与直线l0距离最大的点．观察图象易发现，平移直线l0，最后经过的点为B，易知区域OABC内的点B即为所求．

解方程组3x＋2y＝1 200，x＋2y＝800，得B(200,300)，代入式子①，得fmax＝30×200＋40×300＝18 000. 即问题中，用200工时生产甲种产品，用300工时生产乙种产品，能获得最大利润18000元．

进一步探究上述问题，不等式组是一组对变量x、y的约束条件，由于这组约束条件都是关于x、y的一次不等式，所以又可称其为线性约束条件．z＝2x＋y是欲达到最大值或最小值所涉及的变量x、y的解析式，我们把它称为目标函数．由于z＝2x＋y又是关于x、y的一次解析式，所以

又可叫做线

性目标函数．线性约束条件除了用一次不等式表示外，也可用一次方程表示．

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．例如：我们刚才研究的就是求线性目标函数z＝2x＋y在线性约束条件下的最大值和最小值的问题，即为线性规划问题．满足线性约束条件的解(x，y)叫做可行解，由所有可行解组成的集合叫做可行域．其中，使目标函数取得最大值或最小值的可行解叫做这个问题的最优解，接着让学生说出上述问题中的目标函数，约束条件，可行域，最优解分别是什么．

根据以上探究，我们可以得出用图解法解决线性规划问题的一般步骤：

(1)分析并将已知数据列出表格；

(2)确定线性约束条件；

(3)确定线性目标函数；

(4)画出可行域；

(5)利用线性目标函数求出最优解．在可行域内平行移动目标函数，从图中能判定问题有唯一最优解，或者是无穷最优解，或是无最优解；

(6)实际问题需要整数解时，应适当调整确定最优解．

讨论结果：