Для связи в whatsapp +905441085890

Неравенства с переменными в математике с примерами решения и образцами выполнения

Мы рассмотрели задачи на доказательство и решение неравенств, содержащих одно неизвестное. В случае многих неизвестных задачи становятся значительно сложнее. Не­ которые из них будут рассмотрены здесь. Неравенства, которые будут установлены тут, играют важную роль в самых различных вопросах математики. В частности, мы покажем ниже, как с помощью этих неравенств решать задачи на отыскание наи­больших и наименьших значений.

Среднее арифметическое и среднее геометрическое двух чисел

Возьмем два числа 2 и 8. Среднее арифметическое этих чисел равно Неравенства с переменными а среднее геометрическое Неравенства с переменными Мы ви­дим, что для этих чисел среднее геометрическое меньше среднего арифметического. То же самое получится, если взять числа 1 и 9: их среднее арифметическое равно 4, 5, а среднее геометрическое рав­но 3. Для чисел 1 и 2 среднее арифметическое равно 1,5, а среднее геометрическое равно Неравенства с переменными Во всех разобранных примерах подмеченная нами закономерность имеет место. Это дает основа­ние предположить, что вообще для любых двух неотрицательных чисел х и у их среднее геометрическое ху не больше среднего арифметического Неравенства с переменными то есть что

Неравенства с переменными

Мы докажем сейчас это утверждение. Так как числа х и у по условию неотрицательны, то мы можем положить Неравенства с переменными где Неравенства с переменными Тогда неравенство (1) примет вид:

Неравенства с переменными

или, что то же самое, Неравенства с переменными Но это неравенство очевидно, поскольку равносильно заведомо верному неравенству Неравенства с переменными

Итак, неравенство (1) доказано. Отметим, что оно верно лишь при условии Неравенства с переменными если числа х и у имеют различные зна­ки, то левая часть неравенства не имеет смысла; если же х и у отрицательны, то Неравенства с переменными а потому неравенство (1) не имеет места.

Неравенства с переменными

Отметим еще, что Неравенства с переменными тогда и только тогда, когда а=b. Отсюда сразу следует, что Неравенства с переменными тогда и только тогда, когда х = у.

Мы доказали неравенство (1) чисто алгебраически. Но его можно до­казать и геометрически. Д ля этого отложим отрезки х и у и примем сумму этих отрезков за диаметр полуокружности (см. рис. 22). Тогда среднее гео­метрическое отрезков х и у равно отрезку МN, а их среднее арифметичес­кое — радиусу окружности. Ясно, что МN не превосходит ОМ, причем МN = ОМ тогда и только тогда, когда х = у.

Среднее арифметическое и среднее геометрическое трех чисел

Попробуем теперь обобщить выведенное в п. 1 неравенство. Для положительных чисел Неравенства с переменными их средним арифметичес­ким называют

Неравенства с переменными

а средним геометрическим —

Неравенства с переменными

В п. 1 мы доказали, что при n = 2 выполняется неравенство

Неравенства с переменными

причем знак равенства имеет место тогда и только тогда, когда

Неравенства с переменными

Это неравенство верно для всех натуральных значений л. Мы ограничимся доказательством этого неравенства при n = 3.

В математике часто, прежде чем доказывать гипотезу в общем виде, пытаются доказать какой-нибудь частный случай сделанного предположения. Если оказывается, что частный случай неверен, то тем более неверна и ги­потеза в общем виде; если же удается доказать гипотезу в частном случае, то возрастают шансы на то, что и в общем случае предположение верно.

Итак, попытаемся доказать, что при Неравенства с переменными

Неравенства с переменными

Так как по условию Неравенства с переменными то мы можем положить Неравенства с переменными Неравенство (2) принимает вид:

Неравенства с переменными

или

Неравенства с переменными

Чтобы доказать неравенство (3), используем разложение на множители

Неравенства с переменными

(Формулу (5) можно проверить непосредственно, перемножив многочлены в правой части равенства.)

Так как по условию Неравенства с переменными то все свелось к доказательству неравенства

Неравенства с переменными

а оно справедливо, так как

Неравенства с переменными

тем самым соотношение (4), а с ним и (2) доказано. Это, как мы говорили, повышает шансы на то, что неравенство (1) справедливо при всех n.

Заметим, что Неравенства с переменными тогда и толь­ко тогда, когда а = b = с. Поэтому в соотношении (2) знак ра­венства имеет место лишь при х = у = z.

Неравенство Коши (двумерный вариант)

Выведем теперь но­вое неравенство. Для этого рассмотрим произведение Неравенства с переменнымиНеравенства с переменными и раскроем в нем скобки. Мы получим многочлен Неравенства с переменнымиНеравенства с переменными который совпадает с многочленом, полу­чающимся после раскрытия скобок в выражении

Неравенства с переменными

Таким образом, справедливо тождество

Неравенства с переменными

Так как Неравенства с переменными то из этого тождества следует неравенство

Неравенства с переменными

справедливое для любых действительных чисел а, b, с, d Это неравенство, а особенно его обобщения, имеет большое значение для многих вопросов математического анализа. Оно называется нера­венством Коши или, точнее, двумерным случаем неравенства Коши.

Из соотношения (1) вытекает, что знак равенства имеет место в (2) тогда и только тогда, когда ad = bс. Мы будем называть в этом случае числа а, b, с, d пропорциональными. Это связано с тем, что если Неравенства с переменными то соотношение аd = bс можно записать так:

Неравенства с переменными

Приведенный выше вывод неравенства (2) кажется на первый взгляд очень вычурным и искусственным. В отличие от неравенст­ва Неравенства с переменными основанного на простом и очевидном тождестве Неравенства с переменными неравенство (2) основано на далеко не очевидном с первого взгляда тождестве (1). Естественно поэтому желание най­ти другой подход к этому неравенству, при котором оно стало бы очевидным. Американские математики Э. Беккенбах и Р. Беллман пишут по этому поводу следующее (см. их книгу «Введение в нера­венства». 1965): «Нерушимым принципом математики является то, что в ней нет случайных фактов и положений. Каждый результат, какое бы место он не занимал, находит свое истолкование, благо­даря которому этот результат становится прозрачным, само собой разумеющимся. Это истолкование может не сразу броситься в глаза, и оно может быть найдено не сразу. Часто подлинный смысл мате­матической теоремы проясняется только тогда, когда мы посмот­рим на нее, так сказать, «сверху», то есть с точки зрения более об­щей теории. Однако истолкование, поясняющее смысл теоремы, име­ется всегда — и это исключитель­но важно. Если бы дело обстояло не так, то математика выродилась бы в набор несвязных формальных трюков и схоластических выкру­тасов».

Неравенства с переменными

Часто наиболее простое истол­кование алгебраического резуль­тата имеет геометрический харак­тер. Формулы, которые кажутся совершенно непонятными и слож­ными, становятся очевидными, ког­да раскрывается их геометрическое содержание.

Не составляет исключение и неравенство (2). Пусть числа а, b, с, d неотрицательны. Возьмем треугольник, изображенный на рис. 23. С помощью теоремы Пифагора легко подсчитать, что длины отрезков ОА, АВ и ОВ определяются равенствами

Неравенства с переменными

и

Неравенства с переменными

Но длина стороны ОВ не превосходит суммы длин двух других сторон. Поэтому имеем Неравенства с переменными Подставляя в это неравенство выражения для длин отрезков ОВ, ОА и АВ, получаем, что

Неравенства с переменными

Возведем обе части этого неравенства в квадрат. Так как обе части неравенства (3) положительны, то после этого получим равносильное неравенство:

Неравенства с переменными

Раскроем скобки в левой части и приведем подобные члены. Мы получаем:

Неравенства с переменными

Еще раз возведя обе части неравенства в квадрат, приходим к не­ равенству Коши:

Неравенства с переменными

Тем самым неравенство Коши доказано при неотрицательных значениях а, b, с, d.

Чтобы доказать его для любых значений а, b, с, d, достаточно заметить, что Неравенства с переменными и потому

Неравенства с переменными

Но по доказанному

Неравенства с переменными

Из неравенств (4) и (5) вытекает:

Неравенства с переменными

Итак, мы доказали, что неравенство Коши вытекает из элементарной теоремы геометрии: длина стороны треугольника не больше суммы длин двух других сторон. Нетрудно показать, что эти два утверждения эквивалентны друг другу — из неравенства Коши следует неравенство (3).

Неравенство (2) является частным случаем более общего не­ равенства

Неравенства с переменными

которое справедливо для любых действительных чисел Неравенства с переменнымиНеравенства с переменными Это неравенство вытекает из тождества

Неравенства с переменными

Задачи на наибольшие и наименьшие значения

Великий русский математик П. Л. Чебышев писал в одной из своих работ, что особенную важность имеют те методы науки, которые позволяют решать задачу, общую для всей практической деятельности чело­века: как располагать средствами своими для достижения по воз­можности большей выгоды. Так, рабочий-металлист старается из куска металла получить как можно больше деталей; раскройщик на обувной фабрике старается из куска кожи выкроить как можно больше заготовок; строитель хочет сделать из бревна балку наиболь­шей прочности и т. д.

Во многих случаях задачи такого характера допускают математическую формулировку. Их называют задачами на наибольшие и наименьшие значения. Общий метод решения таких задач дает математический анализ. Однако много таких задач решается с помощью неравенств.

Рассмотрим следующую задачу.

Имеется 200 м проволоки. Огородить ею прямоугольный учас­ток земли наибольшей площади.

Обозначим стороны прямоугольника через х и у (см. рис. 24). Из условия задачи следует, что 2х + 2у =200, а потому х+у = 100. Площадь прямоугольника s =ху. Но из неравенства меж­ду средним геометрическим и средним арифметическим следует, что

Неравенства с переменными

Значит, огородить участок, площадь ко­торого была бы больше 2500 м 2, невоз­можно. В то же время мы знаем, что квад­ратный участок земли с периметром 200 м имеет площадь 2500 м 2. Задача решена: чтобы получить прямоугольный участок наибольшей площади, имеющий периметр 200 м, надо взять квадрат со стороной 50м.

Неравенства с переменными

Эту же задачу можно решить иначе. Из условия следует, что у = 100 — х, а потому s =x(100—х). Ясно, что сторона меняется в пределах Неравенства с переменными Таким образом, нам надо найти наибольшее значение функции s = х(100 — х) на отрезке Неравенства с переменными Для этого преобразуем выражение следующим образом:

Ясно, что Неравенства с переменными неотрицательно при всех значениях х и равно нулю лишь при х = 50. Но если уменьшаемое постоянно, то раз­ность имеет наибольшее значение, когда вычитаемое принимает наименьшее значение. Этим наименьшим значением вычитаемого является в данном случае нуль. Поэтому мы снова приходим к вы­воду, что площадь максимальна, если х = 50.

Рассмотрим теперь задачу, «двойственную» рассмотренной.

Требуется огородить проволокой прямоугольный участок земли площадью 2500 м. Какую форму он должен иметь, чтобы количество проволоки, пошедшей на ограду, было наименьшим?

Здесь нам задана площадь s = ху= 2500. Снова применяя неравенство между средними, получаем, что

Неравенства с переменными

Так как х+у>0, то из (2) получаем: Неравенства с переменными Так как на ограду надо 2х +2у проволоки, количество необходимой проволоки не может быть меньше, чем 200 м. А именно 200 м надо на ограду квадратного участка земли.

В обеих задачах мы получили одно и то же решение — учас­ток земли должен быть квадратным. Это не случайно. Многие за­дачи на наибольшие и наименьшие значения распадаются на «па­ры» двойственных задач. В одной из них надо найти наибольшее значение некоторой величины (в нашем случае — площади) при ус­ловии, что другая величина сохраняет постоянное значение (в на­шем случае — периметр). А в двойственной задаче надо найти наи­меньшее значение второй величины при условии, что первая сохраняет постоянное значение. Эти две задачи имеют общее решение.

Метод, применяемый нами к решению рассмотренных задач, приводит к следующему общему результату.

Из всех прямоугольников с данным периметром наибольшую площадь имеет квадрат.

На самом деле условие, что четырехугольник является прямоугольни­ком, здесь излишне — из всех четырехугольников с данным периметром квадрат имеет наибольшую площадь.

Мы не будем сейчас доказывать это утверждение для четырехугольников, а докажем аналогичную теорему для треугольников: из всех треугольников, имеющих данный периметр 2р, наибольшая площадь у правильного треуголь­ника.

Для доказательства воспользуемся формулой Герона, выражающей площадь треугольника S через стороны х, у , z:

Неравенства с переменными

Ясно, что площадь принимает наибольшее значение одновременно с выражением (р — х) (р — у) (р — z).

Применим к числам р — х, р — р, р — z неравенство между средними. Так как х + у + z = 2р, то

Неравенства с переменными

и мы получаем, что

Неравенства с переменными

Это неравенство показывает, что площадь S треугольника с периметром 2р не превосходит Неравенства с переменными

Неравенства с переменными

При этом знак равенства в соотношении (3) достигается, если р — х = р — y= p — z, то есть если треугольник равносторонний.

Можно доказать, что вообще из всех л-угольников с данным периметром наибольшую площадь имеет правильный многоугольник. А из всех фигур с данным периметром наибольшую площадь имеет круг. Но доказательство этого утверждения требует привлечения неэлементарных методов.

В некоторых случаях приходится прибегать к преобразова­нию изучаемого выражения — с таким примером мы столкнулись выше, когда заменили Неравенства с переменными на Неравенства с переменными Чаще всего применяют следующие преобразования:

а) отбрасывание постоянных слагаемых (ясно, что они не влия­ют на наибольшие и наименьшие значения функции);

б) отбрасывание постоянных со­множителей (при этом если сомножи­тель отрицателен, то при его отбрасыва­нии наибольшие значения становятся наименьшими и наоборот);

в) замена изучаемого выражения его квадратом. Если выражение неотрица­тельно, то оно принимает наибольшие и наименьшие значения одновременно со своим квадратом;

г) замена выражения А на Неравенства с переменными (при этом наибольшие значения переходят в наименьшие и обратно).

Приведем примеры, когда такие преобразования упрощают решение задачи.

Инженерные расчеты показывают, что прочность балки с прямо­ угольным сечением пропорциональна ширине балки а и квадрату ее высоты h. Иными словами, прочность такой балки (измеренная в некоторых единицах) равна Неравенства с переменными где k — коэффициент, зависящий от длины балки, материала, из которого она сделана, и т. д.

Деревянные балки обычно вытесывают из круглых бревен.

Неравенства с переменными

Задача:

Как сделать из бревна, имеющего радиус К, бал­ку наибольшей прочности?

Решение:

Обозначим высоту вырезанной балки через х. Тогда из рис. 25 ясно, что ее ширина равна Неравенства с переменными а, значит, прочность балки выражается формулой:

Неравенства с переменными

Здесь непосредственно неравенство между средними неприменимо. Однако если разделить выражение (4) на k и возвести результат в квадрат, то получим:

Неравенства с переменными

или

Неравенства с переменными

А теперь мы представили Неравенства с переменными в виде произведения трех множителей, сумма которых постоянна:

Неравенства с переменными

Следовательно, в силу неравенства между средними имеем:

Неравенства с переменными

Знак равенства достигается здесь, если все три сомножителя равны друг другу. А это будет, если Неравенства с переменными то есть если Неравенства с переменными

При Неравенства с переменными ширина балки равна:

Неравенства с переменными

Отношение Неравенства с переменными равно Неравенства с переменными Именно такое отношение высоты балки к ее ширине и предписывается правилами производства строи­тельных работ.

Решение неравенств

Перейдем теперь к решению неравенств. Пусть дано нера­венство

Неравенства с переменными

Решением этого неравенства называется любой набор чисел а, b, . . . , с такой, что F (а, b, … , с) > 0. Обычно ста­вится вопрос об отыскании всех решений данного неравенства, то есть о нахождении множества всех зна­чений х= а, у = b….. z = с, при которых неравенство выпол­няется. Это множество называют множеством решений нера­венства.

Если неравенство содержит два неизвестных, то есть имеет вид F (х, у) > 0, то множеством его решений является некоторое множество числовых пар (а, b). Каждая такая пара изображается точ­кой плоскости. Поэтому множество решений неравенства с двумя неизвестными геометрически изображается множеством точек плос­кости.

Мы будем рассматривать также системы и совокупности неравенств. Пусть задано несколько неравенств (мы пишем неравенства с двумя неизвестными, но, вообще говоря, их число может быть любым):

Неравенства с переменными

Говорят, что они образуют систему неравенств, если требуется най­ти значения х = а, у = b, при которых выполняются все неравен­ства (2), то есть такие а и b, что Неравенства с переменными

Пусть Неравенства с переменными — множество решений неравенства Неравенства с переменнымиНеравенства с переменными — множество решений неравенства Неравенства с переменными множество решений неравенства Неравенства с переменными Очевидно, что мно­жеством решений системы (2) является множество В — пересечение указанных множеств:

Неравенства с переменными

Наряду с системами неравенств мы будем рассматривать их совокупности. Говорят, что неравенства

Неравенства с переменными

образуют совокупность, если требуется найти значения, удовлетворяющие хотя бы одно из этих неравенств.

Ясно, что множество С всех решений совокупности (3) является суммой множеств решений каждого неравенства:

Неравенства с переменными

Неравенства с двумя переменными

Рассмотрим теперь неравенства с двумя переменными. Все такие неравенства равносильны неравенствам вида

Неравенства с переменными

Например, неравенство

Неравенства с переменными

равносильно неравенству

Неравенства с переменными

Чаще всего встречается случай, когда уравнение F(х, у) =0 за­дает линию, разбивающую пло­скость на две или несколько частей. В одних из этих частей выполняет­ся неравенство F(х, у) < 0, а в других — неравенство F (х, у) > 0. Иными словами, линия F(х, у)= 0 отделяет часть плоскости, где F (х, у) > 0 , от части плоскости, где

Неравенства с переменными

Рассмотрим, например, нера­венство

Неравенства с переменными
Неравенства с переменными

Уравнение Зх + у +6 =0 задает прямую линию (см. рис. 28). Эта прямая разбивает всю плоскость на

две полуплоскости. Ясно, что при уменьшении у величина Зх+y+6 уменьшается. Поэтому ниже прямой Зх +у+6=0 располагаются точки, в которых Зх+y +6 <0, а выше этой прямой — точки, где Зх + у+6 < 0 .

Совершенно так же решается общее линейное неравенство

Неравенства с переменными

Прямая Ах + Ву+С=0 разбивает плоскость на две полу­плоскости. Если В > 0, то при увеличении у величина Ах+Ву+С увеличивается, а при уменьшении у — уменьшается. Поэтому при В > 0 выше прямой Ах+Ву+С<0 лежат точки, где Ах + Ву +С > 0, а ниже этой прямой — точки, где Ах+Ву+ С< 0. В случае В < 0 роли полуплоскостей меняются.

На практике для выяснения того, в какой полуплоскости мы имеем Ах + Ву+С < 0, а в какой Ах+Ву+С > 0, применяют метод контрольных точек. Для этого берут контрольную точку (разумеется, не лежащую на прямой Ах+Ву+С =0) и прове­ряют, какой знак имеет в этой точке выражение Ах+Ву+ С. Тот же знак имеет указанное выражение и во всей полуплоскости, где лежит контрольная точка. Во второй полуплоскости Ах + Ву + С имеет противоположный знак.

Точно так же решаются и нелинейные неравенства с двумя не­ известными. Например, решим неравенство:

Неравенства с переменными

Уравнение

Неравенства с переменными

можно записать в виде

Неравенства с переменными
Неравенства с переменными

Это уравнение окружности с центром в точке А (2, —3) и радиусом 5 (рис. 29). Окружность (3) разбивает плоскость на две части — внутреннюю и внешнюю области. Чтобы узнать, в какой из них имеет место неравенство (2), возьмем контрольную точку во внутренней области. В качестве такой точки удобно взять центр А (2, —3) нашей окружности. Подставляя координаты точки А (2, —3) в левую часть неравенства (2), получаем отрицательное число—25. Значит, и во всех точках, лежащих внутри окружности, выполняется нера­венство

Неравенства с переменными

Отсюда вытекает, что неравенство (2) имеет место во внешней для окружности области (3).

Задание областей неравенствами и системами неравенств

Разобранные примеры показывают, что области на плоскости мож­но задавать неравенствами. Иногда вместо одного неравенства при­ходится брать системы или совокупности неравенств.

Рассмотрим некоторые примеры.

Пусть задана система неравенств:

Неравенства с переменными

Мы уже знаем, что неравенство х+у+1>0 задает полуплос­кость, лежащую над прямой х +у+1 =0. Неравенство же

Неравенства с переменными
Неравенства с переменными

Неравенства с переменными задает область, ограниченную окружностью Неравенства с переменнымиНеравенства с переменными Множеством решений системы неравенств (1) является пе­ресечение этих двух областей, изображенное на рис. 30, то есть кру­говой сегмент.

Далее, рассмотрим систему неравенств:

Неравенства с переменными

Множеством решений этой системы является параллелограмм, изображенный на рис. 31.

Во многих случаях удобнее всего задавать области системой неравенств вида:

Неравенства с переменными
Неравенства с переменными

Эта система указывает гра­ницы изменения х, а для каждого х, лежащего меж­ду а и b, — границы изме­нения у (см. рис. 32). Иногда приходится предвари­тельно разбивать область на части и каждую часть задавать системой вида (3) или, что то же самое, задавать область совокупностью систем (3).

Пример:

Пусть об­ласть D задана системой неравенств:

Неравенства с переменными

Эту систему неравенств можно переписать в виде:

Неравенства с переменными

Множеством ее решений является область, изображенная на рис. 33 и ограниченная прямой у =2х+9 и параболой Неравенства с переменными Найдем точки пересечения прямой и параболы. Для этого надо решить систему уравнений:

Неравенства с переменными

Система приводит к уравнению Неравенства с переменными кор­нями которого являются Неравенства с переменными Поэтому точки пере­сечения прямой и параболы имеют координаты:

Неравенства с переменными

Отсюда следует, что рассматриваемая область задается неравенствами:

Неравенства с переменными

Задача:

Расстояние между двумя небесными телами A и В равно а, а масса первого Неравенства с переменными больше массы второго Неравенства с переменными раз.

Найти область, в которой сила притяжения ко второ­му телу больше, чем к пер­вому.

Решение:

Проведем плоскость через прямую АВ и выберем на этой плоскости систему коорди­нат следующим образом. В качестве начала координат выберем точку А, а ось аб­сцисс проведем через точ­ку В. Координаты точки В имеют вид В (а, 0). Выбе­рем любую точку плоскос­ти М (.х, у). Расстояние этой точки до А равно

Неравенства с переменными

а до В равно

Неравенства с переменными
Неравенства с переменными

По закону всемирного тяготения сила притяже­ния между телами с массами Неравенства с переменными равна Неравенства с переменными где Неравенства с переменными—гравитационная посто­нная, а r — расстояние между этими телами. По­ этому если в точке N нахо­дится тело с массой m , то оно притягивается к перво­му небесному телу с силой

Неравенства с переменными

а ко второму — с силой

Неравенства с переменными

По условию задачи нам надо найти точки, в которых выполняет­ся неравенство Неравенства с переменными то есть

Неравенства с переменными

Учитывая, что по условию Неравенства с переменными получаем равносильное неравенство

Неравенства с переменными

Раскрывая скобки и преобразуя полученное выражение, получаем:

Неравенства с переменными

или

Неравенства с переменными

Выделяя полный квадрат, перепишем это неравенство в виде

Неравенства с переменными

Уравнение

Неравенства с переменными

является уравнением окружности с центром в точке Неравенства с переменными и радиусом Неравенства с переменными Внутри этой окружности притяжение ко второму телу больше, чем к первому. Чтобы получить область в пространстве, внутри которой притяжение ко второму телу больше, чем к первому, надо повернуть эту окружность вокруг прямой АВ. Мы получим сферу, ограничивающую область с искомым свойством.

В решенном примере мы получили неравенство (*), определяю­щее искомую область на плоскости.

Понятие о линейном программировании

Решение систем не­ равенств находит многочисленные практические приложения. Наиболее важные из них связаны с задачами экономики и планирования. Чаще всего эти задачи формулируются так: найти наилучший план производства при заданных ресурсах. Задание ресурсов имеет обыч­но вид неравенств. Поэтому приходится искать наибольшее или наи­меньшее значение, принимаемое некоторой функцией в области, за­ данной системой неравенств.

Приведем пример такой задачи:

Имеются два пункта производства А и В некоторого вида продук­ции и три пункта I, И, III его потребления. В пункте А производит­ся 250 единиц продукции, а в пункте В — 350 единиц. В пункте I требуется 150 единиц, в пункте II — 240 единиц и в пункте III — 210 единиц. Стоимость перевозки одной единицы продукции из пунк­та производства в пункт потребления дается следующей таблицей.

Неравенства с переменными

Требуется оставить план перевозки продукции, при котором сумма расходов на перевозку будет наименьшей.

Обозначим количество продукции, перевозимой из пункта А в пункт I, через х, а из пункта А в пункт II— через у. Так как полная потребность в пункте I равна 150 единиц, то из пункта В надо еще завезти (150 — х) единиц. Точно так же из пункта В в пункт II надо завезти (240 — у) единиц. Далее, производительность пункта А равна 250 единиц, а мы уже распределили (х + у) единиц. Зна­чит, в пункт III идет из пункта А (250 — х — у) единиц. Чтобы пол­ностью обеспечить потребность пункта III, осталось завезти 210 — (250 — х — у) = х + у — 40 единиц из пункта В.

Итак, план перевозок задается следующей таблицей.

Неравенства с переменными

Чтобы найти полную стоимость перевозки, надо умножить каж­дое число этой единицы на соответствующее число таблицы 1 (там указана стоимость перевозки одной единицы продукции) и сложить полученные произведения. Мы получим выражение:

Неравенства с переменными

По условию задачи требуется найти минимум этого выражения. Но величины х и у не могут принимать произвольных значений.

Неравенства с переменными

Ведь количество перевозимой продукции не может быть отрицатель­ным числом. Поэтому все числа таблицы II неотрицательны:

Неравенства с переменными

Итак, нам надо найти минимум функции 5 (л;, у) в области, задаваемой системой неравенств (2). Эта область изображена на рис. 34— она является многоугольником, ограниченным прямыми

Неравенства с переменными

Решая совместно уравнение этих прямых, находим координаты вершин многоугольника:

Неравенства с переменными

Функция S (х, у) принимает наименьшее значение в одной из вершин многоугольника АВСDЕF.

В самом деле, выясним, где располагаются точки, в которых значения этой функции одинаковы (так называемые линии уровня функции S (x, у) = —2 х — 4у+3280). Если значение функции S (x, у) равно с, то — 2х — 4у+3280=с. Но это уравнение прямой линии. Значит, для функции линиями уровня являются прямые линии —2х — 4у +3280= с. Все эти прямые параллельны друг другу.

Если линия уровня пересекает многоугольник, то соответствующее зна­чение с не является ни наименьшим, ни наибольшим. Ведь немного изменив с, мы получим прямую, которая также пересекает многоугольник. Если же линия уровня проходит через одну из вершин многоугольника, причем весь многоугольник остается на одну сторону от этой линии, то соответствующее значение с является наименьшим или наибольшим. Когда с меняется в одну сторону, то получается линия, пересекающая многоугольник, а когда меня­ется в противоположную сторону, получается линия, не имеющая с много­угольником общих точек.

Итак, функция S(х, у)= — 2х — 4у+3280 принимает наименьшее значение на многоугольнике в одной из его вершин. По­скольку мы уже знаем эти вершины, то подставим соответствующие значения координат и найдем, что

Неравенства с переменными

Наименьшим из этих значений является 2300. Это значение функция принимает в точке Е (10, 240). Значит, х = 10, у = 240. Под­ставляя эти значения в план перевозок (см. таблицу II), получаем:

Неравенства с переменными

Таким образом, из пункта А в пункт I надо перевезти 10 единиц продукции, из пункта А в пункт II — 240 единиц и т. д. Стоимость намеченного плана равна 2300.

Рассмотренная задача относится к большому классу задач, возникающих не только в экономике, но и в других областях человече­ской деятельности. В этих задачах требуется найти наибольшее или наименьшее значение некоторой линейной функции от переменных Неравенства с переменными

Неравенства с переменными

При этом область изменения переменных задается системой линейных неравенств

Неравенства с переменными

и линейных уравнений

Неравенства с переменными

Задачи такого типа называются задачами линейного программирования.

Решение заданий и задач по предметам:

Дополнительные лекции по высшей математике:

  1. Тождественные преобразования алгебраических выражений
  2. Функции и графики
  3. Преобразования графиков функций
  4. Квадратная функция и её графики
  5. Алгебраические неравенства
  6. Неравенства
  7. Прогрессии в математике
  8. Арифметическая прогрессия
  9. Геометрическая прогрессия
  10. Показатели в математике
  11. Логарифмы в математике
  12. Исследование уравнений
  13. Уравнения высших степеней
  14. Уравнения высших степеней с одним неизвестным
  15. Комплексные числа
  16. Непрерывная дробь (цепная дробь)
  17. Алгебраические уравнения
  18. Неопределенные уравнения
  19. Соединения
  20. Бином Ньютона
  21. Число е
  22. Непрерывные дроби
  23. Функция
  24. Исследование функций
  25. Предел
  26. Интеграл
  27. Двойной интеграл
  28. Тройной интеграл
  29. Интегрирование
  30. Неопределённый интеграл
  31. Определенный интеграл
  32. Криволинейные интегралы
  33. Поверхностные интегралы
  34. Несобственные интегралы
  35. Кратные интегралы
  36. Интегралы, зависящие от параметра
  37. Квадратный трехчлен
  38. Производная
  39. Применение производной к исследованию функций
  40. Приложения производной
  41. Дифференциал функции
  42. Дифференцирование в математике
  43. Формулы и правила дифференцирования
  44. Дифференциальное исчисление
  45. Дифференциальные уравнения
  46. Дифференциальные уравнения первого порядка
  47. Дифференциальные уравнения высших порядков
  48. Дифференциальные уравнения в частных производных
  49. Тригонометрические функции
  50. Тригонометрические уравнения и неравенства
  51. Показательная функция
  52. Показательные уравнения
  53. Обобщенная степень
  54. Взаимно обратные функции
  55. Логарифмическая функция
  56. Уравнения и неравенства
  57. Положительные и отрицательные числа
  58. Алгебраические выражения
  59. Иррациональные алгебраические выражения
  60. Преобразование алгебраических выражений
  61. Преобразование дробных алгебраических выражений
  62. Разложение многочленов на множители
  63. Многочлены от одного переменного
  64. Алгебраические дроби
  65. Пропорции
  66. Уравнения
  67. Системы уравнений
  68. Системы уравнений высших степеней
  69. Системы алгебраических уравнений
  70. Системы линейных уравнений
  71. Системы дифференциальных уравнений
  72. Арифметический квадратный корень
  73. Квадратные и кубические корни
  74. Извлечение квадратного корня
  75. Рациональные числа
  76. Иррациональные числа
  77. Арифметический корень
  78. Квадратные уравнения
  79. Иррациональные уравнения
  80. Последовательность
  81. Ряды сходящиеся и расходящиеся
  82. Тригонометрические функции произвольного угла
  83. Тригонометрические формулы
  84. Обратные тригонометрические функции
  85. Теорема Безу
  86. Математическая индукция
  87. Показатель степени
  88. Показательные функции и логарифмы
  89. Множество
  90. Множество действительных чисел
  91. Числовые множества
  92. Преобразование рациональных выражений
  93. Преобразование иррациональных выражений
  94. Геометрия
  95. Действительные числа
  96. Степени и корни
  97. Степень с рациональным показателем
  98. Тригонометрические функции угла
  99. Тригонометрические функции числового аргумента
  100. Тригонометрические выражения и их преобразования
  101. Преобразование тригонометрических выражений
  102. Комбинаторика
  103. Вычислительная математика
  104. Прямая линия на плоскости и ее уравнения
  105. Прямая и плоскость
  106. Линии и уравнения
  107. Прямая линия
  108. Уравнения прямой и плоскости в пространстве
  109. Кривые второго порядка
  110. Кривые и поверхности второго порядка
  111. Числовые ряды
  112. Степенные ряды
  113. Ряды Фурье
  114. Преобразование Фурье
  115. Функциональные ряды
  116. Функции многих переменных
  117. Метод координат
  118. Гармонический анализ
  119. Вещественные числа
  120. Предел последовательности
  121. Аналитическая геометрия
  122. Аналитическая геометрия на плоскости
  123. Аналитическая геометрия в пространстве
  124. Функции одной переменной
  125. Высшая алгебра
  126. Векторная алгебра
  127. Векторный анализ
  128. Векторы
  129. Скалярное произведение векторов
  130. Векторное произведение векторов
  131. Смешанное произведение векторов
  132. Операции над векторами
  133. Непрерывность функций
  134. Предел и непрерывность функций нескольких переменных
  135. Предел и непрерывность функции одной переменной
  136. Производные и дифференциалы функции одной переменной
  137. Частные производные и дифференцируемость функций нескольких переменных
  138. Дифференциальное исчисление функции одной переменной
  139. Матрицы
  140. Линейные и евклидовы пространства
  141. Линейные отображения
  142. Дифференциальные теоремы о среднем
  143. Теория устойчивости дифференциальных уравнений
  144. Функции комплексного переменного
  145. Преобразование Лапласа
  146. Теории поля
  147. Операционное исчисление
  148. Системы координат
  149. Рациональная функция
  150. Интегральное исчисление
  151. Интегральное исчисление функций одной переменной
  152. Дифференциальное исчисление функций нескольких переменных
  153. Отношение в математике
  154. Математическая логика
  155. Графы в математике
  156. Линейные пространства
  157. Первообразная и неопределенный интеграл
  158. Линейная функция
  159. Выпуклые множества точек
  160. Система координат