1. Khái niệm hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn
+ Hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn là hệ gồm hai hay nhiều bất phương trình bậc nhất hai ẩn \(x\), \(y\).
+ Mỗi nghiệm chung của tất cả các bất phương trình trong hệ được gọi là một nghiệm của hệ bất phương trình đã cho.
+ Trong mặt phẳng \(Oxy\), tập hợp các điểm \((x_0;y_0)\) có tọa độ là nghiệm của hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn được gọi là miền nghiệm của hệ bất phương trình đó.
2. Biểu diễn miền nghiệm của hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn
+ Để biểu diễn miền nghiệm của hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn trên mặt phẳng tọa độ \(Oxy\), ta thực hiện như sau:
\(-\) Trên cùng mặt phẳng tọa độ, biểu diễn miền nghiệm của mỗi bất phương trình của hệ.
\(-\) Phần giao của các miền nghiệm là miền nghiệm của hệ bất phương trình.
3. Tìm giá trị lớn nhất hoặc giá trị nhỏ nhất của biểu thức \(F=ax+by\) trên một miền đa giác
Hệ bất phương trình giúp ta mô tả được nhiều bài toán thực tế để tìm ra cách giải quyết tối ưu. Chúng thường được đưa về bài toán tìm giá trị lớn nhất (GTLN) hoặc giá trị nhỏ nhất (GTNN) của biếu thức \(F=ax+by\) trên một miền đa giác.
Người ta chứng minh được \(F\) đạt giá trị lớn nhất hoặc nhỏ nhất tại một trong các đỉnh của đa giác.
Dạng 1. Xác định nghiệm của hệ bất phương trình bậc nhất 2 ẩn
Dạng 2. Xác định miền nghiệm của hệ bất phương trình bậc nhất 2 ẩn
Dạng 3. Tìm giá trị lớn nhất, nhỏ nhất của biểu thức \(F(x;y)=ax+by\)
Câu 1:
Điểm \(M(0;-3)\) thuộc miền nghiệm của hệ bất phương trình nào sau đây?
Đáp án: \(\begin{cases} 2x-y\le 3 \\ 2x+5y\le 12x+8\end{cases}\)
Lời giải:
Thay tọa độ \(M(0;-3)\) lần lượt vào từng hệ bất phương trình \(\begin{cases} 2x-y\le 3 \\ 2x+5y\le 12x+8\end{cases}\) ta được \(\begin{cases}2 \cdot 0+3 \leq 3 \\ 2 \cdot 0 + 5\cdot (-3) \leq 12 \cdot 0 + 8\end{cases}\) (luôn đúng). Vậy \(M(0;-3)\) thuộc miền nghiệm của hệ bất phương trình.
Câu 2:
Miền nghiệm của hệ bất phương trình \(\begin{cases} 3x+y\ge 9 \\ x\ge y-3 \\ 2y\ge 8-x \\ y\le 6\end{cases}\) chứa điểm nào trong các điểm sau đây?
Đáp án: \(P(8;4)\)
Lời giải:
Ta thay lần lượt tọa độ các điểm vào hệ bất phương trình.
+) Với \(O(0;0)\) bất phương trình thứ nhất của hệ trở thành \(3 \cdot 0 +0 \geq 9\) (vô lý). Do đó \(O(0;0)\) không thuộc miền nghiệm của hệ bất phương trình.
+) Với \(M(1;2)\) bất phương trình thứ nhất của hệ trở thành \(3 \cdot 1 +2 \geq 9\) (vô lý). Do đó \(M(1;2)\) không thuộc miền nghiệm của hệ bất phương trình.
+) Với \(N(2;1)\) bất phương trình thứ nhất của hệ trở thành \(3 \cdot 2 +1 \geq 9\) (vô lý). Do đó \(N(2;1)\) không thuộc miền nghiệm của hệ bất phương trình.
+) Với \(P(8;4)\) ta được \(\begin{cases}3 \cdot 8 + 4 \geq 9 \\ 8 \geq 4-3 \\ 2 \cdot 4 \geq 8-8 \\ 4 \geq 6\end{cases}\). Do đó \(P(8;4)\) thuộc miền nghiệm của hệ bất phương trình.
Câu 1:
Phần không tô đậm trong hình vẽ dưới đây (không chứa biên), biểu diễn tập nghiệm của hệ bất phương trình nào trong các hệ bất phương trình sau?
Đáp án: \(\begin{cases} x-y>0 \\ 2x-y>1\end{cases}\)
Lời giải:
Do miền nghiệm không chứa biên nên ta loại đáp án \(\begin{cases} x-y\ge 0 \\ 2x-y\ge 1\end{cases}\).
Chọn điểm \(M(1;0)\) thử vào các hệ bất phương trình.
Xét đáp án \(\begin{cases} x-y>0 \\ 2x-y>1\end{cases}\), ta có \(\begin{cases} 1-0>0 \\ 2\cdot 1-0>1\end{cases}\) (luôn đúng) và miền nghiệm không chứa biên.
Câu 2:
Miền không bị gạch trong hình vẽ bên là miền nghiệm của hệ phương trình nào dưới đây?
Đáp án: \(\left\{\begin{aligned}&x+y>0\\ &2x-3y+6>0\\ &x-2y+1>0\end{aligned}\right.\)
Lời giải:
Dựa vào hình vẽ ta có phương trình của ba đường thẳng là
\(d\colon y=-x\Leftrightarrow x+y=0\),
\(d'\colon y=-\dfrac{2}{3}x+2\Leftrightarrow 2x-3y-6=0\) và
\(d''\colon y=\dfrac{1}{2}x+\dfrac{1}{2}\Leftrightarrow x-2y+1=0\).
Ta thấy điểm \((1;0)\) thuộc miền nghiệm của hệ, đồng thời là nghiệm của các bất phương trình
\(x+y>0\), \(2x-3y-6<0\) và \(x-2y+1>0\).
Vậy miền đã cho là miền nghiệm của hệ \(\left\{\begin{aligned}&x+y>0\\ &2x-3y+6>0\\ &x-2y+1>0.\end{aligned}\right.\)
Câu 1:
Giá trị nhỏ nhất \(F_{\min}\) của biểu thức \(F(x;y)=4x+3y\) trên miền xác định bởi hệ \(\begin{cases} 0\le x \le 10 \\ 0\le y\le 9 \\ 2x+y\ge 14 \\ 2x+5y\ge 30\end{cases}\) là
Đáp án: \(F_{\min}=32\)
Lời giải:
Trong mặt phẳng tọa độ \(Oxy\), vẽ các đường thẳng \(d_1\colon 2x+y-14=0\), \(d_2 \colon 2x+5y-30=0\), \(\Delta \colon y=9\), \(\Delta'\colon x=10\).
Khi đó miền nghiệm của hệ bất phương trình là phần mặt phẳng (tứ giác \(ABCD\) kể cả biên) tô màu như hình vẽ trên.
Xét các đỉnh của miền khép kín tạo bởi hệ bất phương trình là \(A(5;4)\), \(B\left(\displaystyle\frac{5}{2};9 \right)\), \(C(10;9)\), \(D(10;2)\).
Ta có \(F(5;4)=32\), \(F\left(\displaystyle\frac{5}{2};9\right)=37\), \(F(10;9)=67\), \(F(10;2)=46\).
Vậy \(F_{\min}=32\).
Câu 2:
Giá trị lớn nhất \(F_{\max}\) của biểu thức \(F(x;y)=x+2y\) trên miền xác định bởi hệ \(\begin{cases} 0\le y\le 4 \\ x\ge 0 \\ x-y-1\le 0 \\ x+2y-10\le 0\end{cases}\) là
Đáp án: \(F_{\max}=10\)
Lời giải:
Trong mặt phẳng tọa độ \(Oxy,\)vẽ các đường thẳng \(d_1 \colon x-y-1=0\), \(d_2 \colon x+2y-10=0\), \(\Delta \colon y=4\).
Khi đó miền nghiệm của hệ bất phương trình là phần mặt phẳng (ngũ giác \(OABCD\) kể cả biên) tô màu như hình vẽ trên.
Xét các đỉnh của miền khép kín tạo bởi hệ bất phương trình là \(O(0;0)\), \(A(1;0)\), \(B(4;3)\), \(C(2;4)\), \(D(0;4)\).
Ta có \(F(0;0)=0\), \(F(1;0)=1\), \(F(4;3)=10\), \(F(2;4)=10\), \(F(0;4)=8\).
Vậy \(F_{\max}=10\).
Câu 1:
Một xưởng sản xuất hai loại sản phẩm. Mỗi kg sản phẩm loại I cần \(2\) kg nguyên liệu và \(30\) giờ, đem lại mức lời \(40\) nghìn. Mỗi kg sản phẩm loại II cần \(4\) kg nguyên liệu và \(15\) giờ, đem lại mức lời \(30\) nghìn. Xưởng có \(200\) kg nguyên liệu và \(1200\) giờ làm việc. Nên sản xuất mỗi loại sản phẩm bao nhiêu để có mức lời cao nhất?
Đáp án: \(20\)kg loại I và \(40\) kg loại II
Lời giải:
Gọi \(x\ge 0\), \(y\ge 0\,\left( \text{kg} \right)\) lần lượt là số sản phẩm loại I và loại II cần sản xuất.
Khi đó, tổng số nguyên liệu sử dụng là \(2x+4y\le 200\).
Tổng số giờ làm việc là \(30x+15y\le 1200\).
Lợi nhuận tạo thành là \(L=40x+30y\) (nghìn).
Thực chất của bài toán này là phải tìm \(x\ge 0\), \(y\ge 0\) thoả mãn hệ \(\begin{cases} 2x+4y\le 200 \\30x+15y\le 1200\end{cases}\) sao cho \(L=40x+30y\) đạt giá trị lớn nhất.
Câu 2:
Một nhà khoa học đã nghiên cứu về tác động phối hợp của hai loại vitamin \(A\) và \(B\) đã thu được kết quả như sau: Trong một ngày, mỗi người cần từ \(400\) đến \(1000\) đơn vị vitamin cả \(A\) lẫn \(B\) và có thể tiếp nhận không quá \(600\) đơn vị vitamin \(A\) và không quá \(500\) đơn vị vitamin \(B\). Do tác động phối hợp của hai loại vitamin trên nên mỗi ngày một người sử dụng số đơn vị vitamin \(B\) không ít hơn một nửa số đơn vị vitamin \(A\) và không nhiều hơn ba lần số đơn vị vitamin \(A\). Tính số đơn vị vitamin mỗi loại ở trên để một người dùng mỗi ngày sao cho chi phí rẻ nhất, biết rằng mỗi đơn vị vitamin \(A\) có giá \(9\) đồng và mỗi đơn vị vitamin \(B\) có giá \(7{,}5\) đồng.
Đáp án: \(100\) đơn vị vitamin \(A\), \(300\) đơn vị vitamin \(B\)
Lời giải:
Gọi \(x\ge 0\), \(y\ge 0\) lần lượt là số đơn vị vitamin \(A\) và \(B\) để một người cần dùng trong một ngày.
Trong một ngày, mỗi người cần từ \(400\) đến \(1000\) đơn vị vitamin cả \(A\) lẫn \(B\) nên ta có \(400\le x+y\le 1000.\)
Hằng ngày, tiếp nhận không quá 600 đơn vị vitamin \(A\)và không quá \(500\) đơn vị vitamin \(B\) nên ta có \(x\le 600,\ y\le 500.\)
Mỗi ngày một người sử dụng số đơn vị vitamin \(B\) không ít hơn một nửa số đơn vị vitamin \(A\) và không nhiều hơn ba lần số đơn vị vitamin \(A\) nên ta có \(0,5x\le y\le 3x.\)
Số tiền cần dùng mỗi ngày là \(T(x,y)=9x+7,5y\).
Bài toán trở thành, Tìm \(x\ge 0\), \(y\ge 0\) thỏa mãn hệ \(\begin{cases} 0\le x\le 600 \\0\le y\le 500 \\400\le x+y\le 1000 \\ 0,5x\le y\le 3x\end{cases}\) để \(T(x,y)=9x+7,5y\) đạt giá trị nhỏ nhất.