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1. 二元一次不等式表示区域

不等式与线性规划 · 高三
讲清楚它是什么

定义 二元一次不等式(组)在平面直角坐标系中表示的半平面(含边界)或区域。

从哪来 本知识点建立在一次函数图像(直线方程)及平面直角坐标系的基础之上。虽然图谱未记录具体前置,但逻辑上必须依赖“直线将平面分为两部分”这一几何事实。

为什么 核心原理是连续性与符号不变性。 1. 直线 $Ax+By+C=0$ 将平面分为两个互不连通的半平面。 2. 对于不等式 $Ax+By+C > 0$,其解集是连续的。如果在其中一个半平面内取一点 $(x_0, y_0)$ 满足不等式,由于函数 $f(x,y)=Ax+By+C$ 是连续的,且该半平面内任意两点连线不经过直线(即 $f(x,y)$ 不会变号),因此该半平面内所有点都满足同一不等式。 3. 反之,另一半平面的点必然使 $Ax+By+C$ 变号,从而满足相反的不等式。 4. 因此,只需通过测试一个特殊点(通常选原点)的符号,即可确定整个半平面的归属。

“原点测试法”——适合逻辑清晰、习惯程序化解题的学生** 1. **步骤固化
- 第一步:画直线 $Ax+By+C=0$(注意:若不等号含等号,画实线;否则画虚线)。 - 第二步:判断原点 $(0,0)$ 是否在直线上。 - 第三步:若原点不在直线上,代入 $(0,0)$ 计算 $C$ 的值。 - 若 $C > 0$,则原点所在的一侧满足 $>0$ 或 $\ge 0$ 的不等式;另一侧满足 $<0$ 或 $\le 0$。 - 若 $C < 0$,则原点所在的一侧满足 $<0$ 或 $\le 0$ 的不等式;另一侧满足 $>0$ 或 $\ge 0$。 - 第四步:若原点在直线上(即 $C=0$),选取直线外任意简单点(如 $(1,0)$ 或 $(0,1)$)代入判断。 2. 口诀:“直线定界,原点定域”。
“斜率与截距直观法”——适合几何直觉强、喜欢从函数角度理解的学生** 1. **变形
将不等式变形为 $y > -\frac{A}{B}x - \frac{C}{B}$ (假设 $B>0$,若 $B<0$ 需变号)。 2. 几何意义: - 直线 $y = -\frac{A}{B}x - \frac{C}{B}$ 是边界。 - 不等式 $y > \dots$ 表示直线上方的区域;$y < \dots$ 表示直线下方的区域。 3. 优势:无需代入计算,直接根据 $y$ 的相对大小判断上下方。 4. 注意:此法要求 $B \neq 0$。若 $B=0$(垂直于x轴的直线),则直接看 $x$ 的范围($x > -C/A$ 或 $x < -C/A$)。
“向量法/法向量法”——适合空间想象力强、为后续线性规划做铺垫的学生** 1. **原理
直线 $Ax+By+C=0$ 的法向量为 $\vec{n} = (A, B)$。 2. 判断: - 对于不等式 $Ax+By+C > 0$,解集区域位于法向量 $\vec{n}$ 指向的一侧。 - 对于不等式 $Ax+By+C < 0$,解集区域位于法向量 $\vec{n}$ 反方向的一侧。 3. 操作:画出直线,画出法向量箭头,箭头指向哪边,哪边就是 $>0$ 的区域。 4. 适用场景:快速判断复杂系数下的区域方向,避免计算错误。
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练一道
基础题
在平面直角坐标系中,作出不等式 $2x + y - 4 \le 0$ 表示的平面区域。
变式
作出不等式组 $\begin{cases} x - y + 1 \ge 0 \\ x + y - 3 \le 0 \end{cases}$ 表示的平面区域。
看解答过程
1. 画边界:令 $2x + y - 4 = 0$,即 $y = -2x + 4$。 - 找两点:当 $x=0$ 时,$y=4$,得点 $(0,4)$;当 $y=0$ 时,$x=2$,得点 $(2,0)$。 - 过 $(0,4)$ 和 $(2,0)$ 画直线。 - 因为不等号是 $\le$,所以边界画实线。 2. 定区域: - 取原点 $(0,0)$ 代入左边:$2(0) + 0 - 4 = -4$。 - 因为 $-4 \le 0$ 成立,所以原点所在的一侧即为解集区域。 - 结论:直线 $2x+y-4=0$ 左下方(含边界)的区域。
试试手自己判
检测题
判断点 $P(2, 3)$ 是否在不等式 $3x - 2y + 1 > 0$ 表示的区域内,并说明理由。
看答案和判分标准
答案:是。
判对标准:
1. 计算正确:学生需将 $x=2, y=3$ 代入左边,计算 $3(2) - 2(3) + 1 = 6 - 6 + 1 = 1$。
2. 比较正确:学生需指出 $1 > 0$ 成立。
3. 结论明确:得出点 $P$ 在该区域内的结论。
(若学生仅画图判断而未计算,且画图正确,也可给分,但计算法更严谨且不易出错,优先推荐计算验证。)
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