第二章-3-系统传递函数的计算-非线性系统线性化

求线性目标函数的最值

求线性目标函数的最值 1．设x ，y 满足约束条件????? 2x －y ＋1≥0，x －2y －1≤0， x ≤1，则z ＝2x ＋3y －5的最小值为________． 解析：画出不等式组表示的平面区域如图中阴影部分所示．由题 意可知，当直线y ＝－23x ＋53＋z 3 过点A 时，z 取得最小值，联立????? 2x －y ＋1＝0，x －2y －1＝0，解得A (－1，－1)，即z min ＝2×(－1)＋3×(－1)－5＝－10． 答案：－10 求非线性目标函数的最值 2．已知实数x ，y 满足????? x －2y ＋4≥0，2x ＋y －2≥0， 3x －y －3≤0，则x 2＋y 2的取值范围是________． 解析：根据已知的不等式组画出可行域，如图阴影部分所示，则 (x ，y )为阴影区域内的动点．d ＝x 2＋y 2可以看做坐标原点O 与可行 域内的点(x ，y )之间的距离．数形结合，知d 的最大值是OA 的长，d 的最小值是点O 到直线2x ＋y －2＝0的距离．由????? x －2y ＋4＝0，3x －y －3＝0可得A (2,3)， 所以d max ＝22＋32＝13，d min ＝|－2|22＋12＝25 ． 所以d 2的最小值为45 ，最大值为13． 所以x 2＋y 2的取值范围是??? ?45，13． 答案：??? ?45，13 线性规划中的参数问题 3．已知x ，y 满足????? x ≥2，x ＋y ≤4， 2x －y －m ≤0. 若目标函数z ＝3x ＋y 的最大值为10，则z 的最小 值为________．

解析：画出不等式组表示的区域，如图中阴影部分所示，作 直线l ：3x ＋y ＝0，平移l ，从而可知经过C 点时z 取到最大值， 由????? 3x ＋y ＝10，x ＋y ＝4，解得????? x ＝3，y ＝1， ∴2×3－1－m ＝0，m ＝5． 由图知，平移l 经过B 点时，z 最小， ∴当x ＝2，y ＝2×2－5＝－1时，z 最小，z min ＝3×2－1＝5． 答案：5 [通法在握] 1．求目标函数的最值3步骤 (1)作图——画出约束条件所确定的平面区域和目标函数所表示的平行直线系中过原点的那一条直线； (2)平移——将l 平行移动，以确定最优解的对应点的位置； (3)求值——解方程组求出对应点坐标(即最优解)，代入目标函数，即可求出最值． 2．常见的3类目标函数 (1)截距型：形如z ＝ax ＋by ． 求这类目标函数的最值常将函数z ＝ax ＋by 转化为直线的斜截式：y ＝－a b x ＋z b ，在通过求直线的截距z b 的最值间接求出z 的最值时，要注意：当b >0时，截距z b 取最大值时，z 也取最大值；截距z b 取最小值时，z 也取最小值；当b <0时，截距z b 取最大值时，z 取最小值；截 距z b 取最小值时，z 取最大值． (2)距离型：形如z ＝(x －a )2＋(y －b )2． (3)斜率型：形如z ＝y －b x －a ． [提醒] 注意转化的等价性及几何意义．

利用线性规划求最值

利用线性规划求最值 陕西宁强县天津高级中学 李红伟 简单线性规划是高中数学教学的新内容之一，是解决一些在线性约束条件下的线性目标函数的最值（最大值或最小值）的问题。简单线性规划的基本思想即在一定的约束条件下，通过数形结合的思想求函数的最值。解决问题时主要是借助平面图形，运用这一思想能够较快的解决一些二次函数的最值问题。现对高中数学中目标函数常见类型的最值问题做一探讨。 一、线性约束条件下线性目标函数的最值（即截距型：c by ax z ++=） 例1．已知实数y x ,满足?? ???≤≥+-≥-+,2, 01,03x y x y x 若y x z +=2，求z 的最大值和最小值。 解析：不等式组 ?? ???≤≥+-≥-+,2, 01,03x y x y x 表示的平面区域如图所示。 图中阴影部分即为可行域。 图示—1 由?? ?=+-=-+,01,03x y x 得???==,2,1y x )2,1(A ∴ 由???=-+=, 03,2y x x 得???==, 1,2y x )1,2(B ∴ 由???=+-=,01,2y x x 得???==,3,2y x )3,2(M ∴ y x z +=2，z x y +-=∴2， 即z 表示直线z x y +-=2在y 轴的截距. 当直线z x y +-=2经过可行域内的点)3,2(M 时，直线在 y 轴的截距最大，z 也最大，此时7322m a x =+?=Z . 当直线z x y +-=2经过可行域内的点)2,1(A 时，直线在y 轴的截距最小，z 也最小，此时4212min =+?=Z . 所以，Z 的最大值为7，Z 最小值为4. 这类问题的解决，关键在于能够正确理解目标函数的几何意义——目标函数的“截距”。 二、线性约束条件下非线性目标函数的最值 1．距离型：22)()(b y a x z -+-= 即z 几何意义为可行域内的动点） （y x ,与定点),(b a 的距离的平方。 例2．同例1，若22y x z +=，求z 的最大值和最小值。 解析：因为目标函数z 表示可行域内的动点） （y x ,到定点）（0,0的距离的平方的最大值与最小值。 因此，过原点）（0,0作直线l 垂直直线03=-+ y x ，垂足为N ，则直线直线l 的方程为x y =， 由???=-+=,03,y x x y 得?????==,2 3,23y x ∴ )23,23(N

特别解析线性规划求最值

特别解析线性规划求最 值 Document number：BGCG-0857-BTDO-0089-2022

特别解析：线性规划求最值一、目标函数线的平移法：利用直线的截距解决最值问题 例1 已知点() P x y ，在不等式组 20 10 220 x y x y - ? ? - ? ?+- ? ， ， ≤ ≤ ≥ 表示的平面区域上运动，则 z x y =-的取值范围是（）． （A）［－2，－1］（B）［－2，1］ （C）［－1，2］（D）［1，2］ 解析：由线性约束条件画出可行域，考虑z x y =-， 变形为y x z =-，这是斜率为1且随z变化的一族平行 直线．z-是直线在y轴上的截距．当直线满足约束条件且经过点（2，0）时，目标函数z x y =-取得最大值为2；直线经过点（0，1）时，目标函数z x y =-取得最小值为－1．故选（C）． 注：本题用“交点法”求出三个交点坐标分别为（0，1），（2，1），（2，0），然后再一一代入目标函数求出z=x-y的取值范围为 ［-1，2］更为简单． 例2 已知实数x、y满足约束条件 50 3 x y x y x +≥ ? ? -+≥ ? ?≤ ? ，则24 z x y =+的最小值为 （） 分析：将目标函数变形可得 1 24 z y x =-+，所求的目标函数的最小值 即一组平行直 1 2 y x b =-+在经过可行域时在y轴上的截距的最小值的4 倍。

解析：由实数x 、y 满足的约束条件，作可行域如图所示： 当一组平行直线L 经过图中可行域三角形ABC 区域的点C 时，在y 轴上的截距最小，又(3,3)C -，故24z x y =+的最小值为 min 234(3)6z =?+?-=-。 二、数行结合，构造斜率法：利用直线的斜率解决最值问题 例3 设实数x y ，满足20240230x y xc y y --?? +-??-? ， ，， ≤≥≤，则y z x =的最大值是__________． 解析：画出不等式组所确定的三角形区域ABC （如图2）， y y z x x -= = -表示两点(00)()O P x y ，，，确定的直线的斜率，要求z 的最大值，即求可行域内的点与原点连线的斜率的最大值．由图2可以看出直线OP 的斜率最大，故P 为240x y +-=与230y -=的交点，即A 点． ∴31 2P ?? ??? ，．故答案为32 ． 注：解决本题的关键是理解目标函数0 y y z x x -== -的 几何意义，当然本题也可设 y t x =，则y tx =，即为求 y tx =的斜率的最大值．由图2可知，y tx =过点A 时， t 最大．代入y tx =，求出32 t =， 即得到的最大值是32 ． -5 3 O x y C A B L

线性规划求最值问题

线性规划求最值问题 角度(一) 截距型 1．(2017·全国卷Ⅲ)设x ，y 满足约束条件???? ? 3x ＋2y －6≤0，x ≥0，y ≥0，则z ＝x －y 的取值范围是 ( ) A ．[－3,0] B ．[－3,2] C ．[0,2] D ．[0,3] 2．(2017·全国卷Ⅰ)设x ，y 满足约束条件???? ? x ＋2y ≤1，2x ＋y ≥－1，x －y ≤0，则z ＝3x －2y 的最小值为 ________． 角度(二) 求非线性目标函数的最值 一、距离型 3．(2018·太原模拟)已知实数x ，y 满足约束条件???? ? 3x ＋y ＋3≥0，2x －y ＋2≤0，x ＋2y －4≤0，则z ＝x 2＋y 2的取值范 围为( ) A ．[1,13] B ．[1,4] 二、斜率型 4．(2018·成都一诊)若实数x ，y 满足约束条件????? 2x ＋y －4≤0，x －2y －2≤0，x －1≥0，则y －1 x 的最小值为 ________． 变式训练 1、若x ，y 满足约束条件????? x －1≥0，x －y ≤0，x ＋y －4≤0，则y x 的最大值为________．

[题型技法] 常见的2种非线性目标函数及其意义 (1)点到点的距离型：形如z ＝(x －a )2＋(y －b )2，表示区域内的动点(x ，y )与定点(a ，b )的距离的平方； (2)斜率型：形如z ＝y －b x －a ，表示区域内的动点(x ，y )与定点(a ，b )连线的斜率． 角度(三) 线性规划中的参数问题 5．(2018·郑州质检)已知x ，y 满足约束条件???? ? x ≥2，x ＋y ≤4，2x －y －m ≤0.若目标函数z ＝3x ＋y 的最 大值为10，则z 的最小值为________． 变式训练 2.(2018·惠州调研)已知实数x ，y 满足：???? ? x ＋3y ＋5≥0，x ＋y －1≤0，x ＋a ≥0，若z ＝x ＋2y 的最小值为－4，则实 数a 的值为________． [题型技法] 求解线性规划中含参问题的基本方法 (1)把参数当成常数用，根据线性规划问题的求解方法求出最优解，代入目标函数确定最值，通过构造方程或不等式求解参数的值或取值范围． (2)先分离含有参数的式子，通过观察的方法确定含参的式子所满足的条件，确定最优解的位置，从而求出参数． 作业： 1．变量x ，y 满足???? ? x －4y ＋3≤0，3x ＋5y －25≤0，x ≥1. (1)设z 1＝4x －3y ，求z 1的最大值； (2)设z 2＝y x ，求z 2的最小值； (3)设z 3＝x 2＋y 2，求z 3的取值范围．

求多变量有约束非线性函数的最小值

9.2.5.2 相关函数介绍 fmincon函数 功能：求多变量有约束非线性函数的最小值。 数学模型： 其中，x, b, beq, lb,和ub为向量，A和Aeq为矩阵，c(x)和ceq(x)为函数，返回 标量。f(x), c(x), 和ceq(x)可以是非线性函数。 语法： x = fmincon(fun,x0,A,b) x = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq) x = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub) x = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon) x = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,options) x = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,options,P1,P2, ...) [x,fval] = fmincon(...) [x,fval,exitflag] = fmincon(...) [x,fval,exitflag,output] = fmincon(...) [x,fval,exitflag,output,lambda] = fmincon(...) [x,fval,exitflag,output,lambda,grad] = fmincon(...) [x,fval,exitflag,output,lambda,grad,hessian] = fmincon(...)描述： fmincon 求多变量有约束非线性函数的最小值。该函数常用于有约束非线性优化 问题。 x = fmincon(fun,x0,A,b) 给定初值x0，求解fun函数的最小值x。fun函数的约束 条件为A*x <= b，x0可以是标量、向量或矩阵。 x = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq) 最小化fun函数，约束条件为Aeq*x = beq 和 A*x <= b。若没有不等式存在，则设置A=[]、b=[]。 x = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub) 定义设计变量x的下界lb和上界ub，使得 总是有lb <= x <= ub。若无等式存在，则令Aeq=[]、beq=[]。 x = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon) 在上面的基础上，在nonlcon参数 中提供非线性不等式c(x)或等式ceq(x)。fmincon函数要求c(x) <= 0且ceq(x) = 0。当无边界存在时，令lb=[]和（或）ub=[]。 x = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,options) 用optiions参数指定的参数 进行最小化。 x = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,options,P1,P2,...) 将问题参数P1, P2

特别解析：线性规划求最值

特别解析：线性规划求最值 一、目标函数线的平移法：利用直线的截距解决最值问题 例1 已知点()P x y ，在不等式组2010220x y x y -?? -??+-? ，，≤≤≥表示的平面区域上运动，则z x y =-的 取值范围是（ ）． （A ）［－2，－1］ （B ）［－2，1］ （C ）［－1，2］ （D ）［1，2］ 解析：由线性约束条件画出可行域，考虑z x y =-， 变形为y x z =-，这是斜率为1且随z 变化的一族平行 直线．z -是直线在y 轴上的截距．当直线满足约束条件且经过点（2，0）时，目标函数z x y =-取得最大值为2；直线经过点（0，1）时，目标函数z x y =-取得最小值为－1．故选（C ）． 注：本题用“交点法”求出三个交点坐标分别为（0，1），（2，1），（2，0），然后再一一代入目标函数求出z=x-y 的取值范围为［-1，2］更为简单． 例2 已知实数x 、y 满足约束条件0 503x y x y x +≥?? -+≥??≤? ，则24z x y =+的最小值为（ ） 分析：将目标函数变形可得124 z y x =- +，所求的目标函数的最小值即一组平行直1 2 y x b =-+在经过可行域时在y 轴上的截距的最小值的4倍。 解析：由实数x 、y 满足的约束条件，作可行域如图所示： 当一组平行直线L 经过图中可行域三角形ABC 区域的点C 时，在y 轴上的截距最小，又 (3,3)C -，故24z x y =+的最小值为min 234(3)6z =?+?-=-。

二、数行结合，构造斜率法：利用直线的斜率解决最值问题 例3 设实数x y ，满足20240230x y xc y y --?? +-??-? ， ， ， ≤≥≤，则y z x =的最大值是__________． 解析：画出不等式组所确定的三角形区域ABC （如图2），0 y y z x x -= = -表示两点(00)()O P x y ，，，确定的直线的斜率，要求z 的最大值，即求可行域内的点与原点连线的斜率的最大值．由图2可以看出直线OP 的斜率最大，故P 为240x y +-=与230y -=的交 点，即A 点． ∴31 2P ?? ??? ，．故答案为32 ． 注：解决本题的关键是理解目标函数0 y y z x x -== -的 几何意义，当然本题也可设 y t x =，则y tx =，即为求 y tx =的斜率的最大值．由图2可知，y tx =过点A 时， t 最大．代入y tx =，求出32 t = ， 即得到的最大值是 32 ． 例3.已知实数x 、y 满足不等式组2240 x y x ?+≤?≥?,求函数3 1y z x +=+的值域. 解析：所给的不等式组表示圆2 2 4x y +=的右半圆(含边界)， 3 1 y z x += +可理解为过定点(1,3)P --，斜率为z 的直线族．问题的几何意义：求过半圆域2 2 4(0)x y x +≤≥上任一点与点(1,3)P --的直线斜率的最大、最小值．由图知，过点P 和点(0,2)A 的直线斜率最大，max 2(3) 50(1) z --= =--．过

线性规划题型五 线性规划中的非线性目标函数的最值问题

线性规划题型五 线性规划中的非线性目标函数的最值问题 一、求非线性目标函数的最值问题 例5、已知x 、y 满足以下约束条件220240330x y x y x y +-≥??-+≥??--≤? ，则z=x 2+y 2 的最大值和 最小值分别是（ ） A 、13，1 B 、13，2 C 、13，4 5 D 、13，255 已知x,y 满足||||4x y +≤，则2 2 (3)(3)z x y =++-的最小值是 . 比值问题 当目标函数形如y a z x b -= -时,可把z 看作是动点(,)P x y 与定点(,)Q b a 连线的斜率，这样目标函数的最值就转化为PQ 连线斜率的最值。 3 1 2 4 1 4 5 2 3 -3 -2 -1 -2 -4 -3 -1 y x A(-3，3) 2x + y - 2= 0 = 5 x – 2y + 4 = 0 3x – y – 3 = 0 O y x A

例4. 已知变量x ，y 满足约束条件?????x －y ＋2≤0，x ≥1，x ＋y －7≤0， 则 y x 的取值范围是（ ）. A.[95，6] （B ）（－∞，9 5]∪[6，＋∞） （C ）（－∞，3]∪[6，＋∞） （D ）[3，6] 与圆锥曲线综合的非线性规划的比值问题 若方程，()0112=+++++b a x a x 的两根分别为椭圆与双曲线的离心率。则a b 的取值范围为 （） ()1,2-- ? ?? ? ?--21,2 ()()∞--∞-,12, ()?? ? ??∞--∞-,212, 1 X2 X1