高二數(shù)學(xué)教案:簡單的線性規(guī)劃

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著眼于眼前,不要沉迷于玩樂,不要沉迷于學(xué)習(xí)進(jìn)步?jīng)]有別人大的痛苦中,進(jìn)步是一個由量變到質(zhì)變的過程,只有足夠的量變才會有質(zhì)變,沉迷于痛苦不會改變什么。高二頻道為你整理了《高二數(shù)學(xué)教案:簡單的線性規(guī)劃》,希望對你有所幫助!
    【一】
    教學(xué)目標(biāo)
    (1)使學(xué)生了解并會用二元不等式表示平面區(qū)域以及用二元不等式組表示平面區(qū)域;
    (2)了解線性規(guī)化的意義以及線性約束條件、線性目標(biāo)函數(shù)、線性規(guī)化問題、可行解、可行域以及優(yōu)解等基本概念;
    (3)了解線性規(guī)化問題的圖解法,并能應(yīng)用它解決一些簡單的實際問題;
    (4)培養(yǎng)學(xué)生觀察、聯(lián)想以及作圖的能力,滲透集合、化歸、數(shù)形結(jié)合的數(shù)學(xué)思想,提高學(xué)生“建?!焙徒鉀Q實際問題的能力;
    (5)結(jié)合教學(xué)內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣和“用數(shù)學(xué)”的意識,激勵學(xué)生勇于創(chuàng)新.
    教學(xué)建議
    一、知識結(jié)構(gòu)
    教科書首先通過一個具體問題,介紹了二元不等式表示平面區(qū)域.再通過一個具體實例,介紹了線性規(guī)化問題及有關(guān)的幾個基本概念及一種基本解法-圖解法,并利用幾道例題說明線性規(guī)化在實際中的應(yīng)用.
    二、重點、難點分析
    本小節(jié)的重點是二元不等式(組)表示平面的區(qū)域.
    對學(xué)生來說,二元不等式(組)表示平面的區(qū)域是一個比較陌生、抽象的概念,按高二學(xué)生現(xiàn)有的知識和認(rèn)知水平難以透徹理解,因此學(xué)習(xí)二元不等式(組)表示平面的區(qū)域分為兩個大的層次:
    (1)二元不等式表示平面區(qū)域.首先通過建立新舊知識的聯(lián)系,自然地給出概念.明確二元不等式在平面直角坐標(biāo)系中表示直線某一側(cè)所有點組成的平面區(qū)域不包含邊界直線(畫成虛線).其次再擴大到所表示的平面區(qū)域是包含邊界直線且要把邊界直線畫成實線.
    (2)二元不等式組表示平面區(qū)域.在理解二元不等式表示平面區(qū)域含義的基礎(chǔ)上,畫不等式組所表示的平面區(qū)域,找出各個不等式所表示的平面區(qū)域的公共部分.這是學(xué)生對代數(shù)問題等價轉(zhuǎn)化為幾何問題以及數(shù)學(xué)建模方法解決實際問題的基礎(chǔ).
    難點是把實際問題轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃問題,并給出解答.
    對許多學(xué)生來說,從抽象到的化歸并不比從具體到抽象遇到的問題少,學(xué)生解數(shù)學(xué)應(yīng)用題的常見困難是不會將實際問題提煉成數(shù)學(xué)問題,即不會建模.所以把實際問題轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃問題作為本節(jié)的難點,并緊緊圍繞如何引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實際問題中的已知條件,找出約束條件和目標(biāo)函數(shù),然后利用圖解法求出優(yōu)解作為突破這個難點的關(guān)鍵.
    對學(xué)生而言解決應(yīng)用問題的障礙主要有三類:①不能正確理解題意,弄清各元素之間的關(guān)系;②不能分清問題的主次關(guān)系,因而抓不住問題的本質(zhì),無法建立數(shù)學(xué)模型;③孤立地考慮單個的問題情景,不能多方聯(lián)想,形成正遷移.針對這些障礙以及題目本身文字過長等因素,將本課設(shè)計為計算機輔助教學(xué),從而將實際問題鮮活直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前,以利于理解;分析完題后,能夠抓住問題的本質(zhì)特征,從而將實際問題抽象概括為線性規(guī)劃問題.另外,利用計算機可以較快地幫助學(xué)生掌握尋找整點優(yōu)解的方法.
    三、教法建議
    (1)對學(xué)生來說,二元不等式(組)表示平面的區(qū)域是一個比較陌生的概念,不象二元方程表示直線那樣已早有所知,為使學(xué)生對這一概念的引進(jìn)不感到突然,應(yīng)建立新舊知識的聯(lián)系,以便自然地給出概念
    (2)建議將本節(jié)新課講授分為五步(思考、嘗試、猜想、證明、歸納)來進(jìn)行,目的是為了分散難點,層層遞進(jìn),突出重點,只要學(xué)生對舊知識掌握較好,完全有可能由學(xué)生主動去探求新知,得出結(jié)論.
    (3)要舉幾個典型例題,特別是似是而非的例子,對理解二元不等式(組)表示的平面區(qū)域的含義是十分必要的.
    (4)建議通過本節(jié)教學(xué)著重培養(yǎng)學(xué)生掌握“數(shù)形結(jié)合”的數(shù)學(xué)思想,盡管側(cè)重于用“數(shù)”研究“形”,但同時也用“形”去研究“數(shù)”,這對培養(yǎng)學(xué)生觀察、聯(lián)想、猜測、歸納等數(shù)學(xué)能力是大有益處的.
    (5)對作業(yè)、思考題、研究性題的建議:①作業(yè)主要訓(xùn)練學(xué)生規(guī)范的解題步驟和作圖能力;②思考題主要供學(xué)有余力的學(xué)生課后完成;③研究性題綜合性較大,主要用于拓寬學(xué)生的思維.
    (6)若實際問題要求的優(yōu)解是整數(shù)解,而我們利用圖解法得到的解為非整數(shù)解(近似解),應(yīng)作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,其方法應(yīng)以與線性目標(biāo)函數(shù)的直線的距離為依據(jù),在直線的附近尋求與此直線距離近的整點,不要在用圖解法所得到的近似解附近尋找.
    如果可行域中的整點數(shù)目很少,采用逐個試驗法也可.
    (7)在線性規(guī)劃的實際問題中,主要掌握兩種類型:一是給定一定數(shù)量的人力、物力資源,問怎樣運用這些資源能使完成的任務(wù)量大,收到的效益大;二是給定一項任務(wù)問怎樣統(tǒng)籌安排,能使完成的這項任務(wù)耗費的人力、物力資源小.
    【二】
    教學(xué)目標(biāo)
    鞏固二元不等式和二元不等式組所表示的平面區(qū)域,能用此來求目標(biāo)函數(shù)的值.
    重點難點
    理解二元不等式表示平面區(qū)域是教學(xué)重點.
    如何擾實際問題轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃問題,并給出解答是教學(xué)難點.
    教學(xué)步驟
    【新課引入】
    我們知道,二元不等式和二元不等式組都表示平面區(qū)域,在這里開始,教學(xué)又翻開了新的一頁,在今后的學(xué)習(xí)中,我們可以逐步看到它的運用.
    【線性規(guī)劃】
    先討論下面的問題
    設(shè),式中變量x、y滿足下列條件
    ①
    求z的大值和小值.
    我們先畫出不等式組①表示的平面區(qū)域,如圖中內(nèi)部且包括邊界.點(0,0)不在這個三角形區(qū)域內(nèi),當(dāng)時,,點(0,0)在直線上.
    作一組和平等的直線
    可知,當(dāng)l在的右上方時,直線l上的點滿足.
    即,而且l往右平移時,t隨之增大,在經(jīng)過不等式組①表示的三角形區(qū)域內(nèi)的點且平行于l的直線中,以經(jīng)過點A(5,2)的直線l,所對應(yīng)的t大,以經(jīng)過點的直線,所對應(yīng)的t小,所以
    在上述問題中,不等式組①是一組對變量x、y的約束條件,這組約束條件都是關(guān)于x、y的不等式,所以又稱線性約束條件.
    是欲達(dá)到大值或小值所涉及的變量x、y的解析式,叫做目標(biāo)函數(shù),由于又是x、y的解析式,所以又叫線性目標(biāo)函數(shù),上述問題就是求線性目標(biāo)函數(shù)在線性約束條件①下的大值和小值問題.
    線性約束條件除了用不等式表示外,有時也有方程表示.
    一般地,求線性目標(biāo)函數(shù)在線性約束條件下的大值或小值的問題,統(tǒng)稱為線性規(guī)劃問題,滿足線性約束條件的解叫做可行解,由所有可行解組成的集合叫做可行域,在上述問題中,可行域就是陰影部分表示的三角形區(qū)域,其中可行解(5,2)和(1,1)分別使目標(biāo)函數(shù)取得大值和小值,它們都叫做這個問題的優(yōu)解.