最最佳化概念反映了人類實踐活動中十分普遍的現象,即要在儘可能節省人力、物力和時間前提下,爭取獲得在可能範圍內的最佳效果,因此,最最佳化問題成為現代數學的一個重要課題,涉及統籌、線性規劃一排序不等式等內容。
最最佳化問題不僅具有趣味性,而且由於解題方法靈活,技巧性強,因此對於開拓解題思路,增強數學能力很有益處。
但解決這類問題需要的基礎知識相當廣泛,很難做到一一列舉。因此,主要是以例題的方式讓大家體會解決這些問題的方法和經驗。
[經典例題]
例1:貨輪上卸下若干只箱子,總重量為10噸,每隻箱子的重量不超過1噸,為了保證能把這些箱子一次運走,問至少需要多少輛載重3噸的汽車?
[分析]因為每一隻箱子的重量不超過1噸,所以每一輛汽車可運走的箱子重量不會少於2噸,否則可以再放一隻箱子。
所以,5輛汽車本是足夠的,但是4輛汽車並不一定能把箱子全部運走。例如,設有13只箱子,,所以每輛汽車只能運走3只箱子,13只箱子用4輛汽車一次運不走。
因此,為了保證能一次把箱子全部運走,至少需要5輛汽車。
例2:用10尺長的竹竿來擷取3尺、4尺長的甲、乙兩種短竹竿各100根,至少要用去原材料幾根?怎樣截法最合算?
[分析]一個10尺長的竹竿應有三種截法:
(1)3尺兩根和4尺一根,最省;
(2)3尺三根,餘一尺;
(3)4尺兩根,餘2尺。
為了省材料,儘量使用方法(1),這樣50根原材料,可截得100根3尺的竹竿和50根4尺的竹竿,還差50根4尺的,最好選擇方法(3),這樣所需原材料最少,只需25根即可,這樣,至少需用去原材料75根。
例3:一個銳角三角形的三條邊的長度分別是兩位數,而且是三個連續偶數,它們個位數字的和是7的倍數,這個三角形的周長最長應是多少釐米?
[分析]因為三角形三邊是三個連續偶數,所以它們的個位數字只能是0,2,4,6,8,並且它們的和也是偶數,又因為它們的個位數字的和是7的倍數,所以只能是14,三角形三條邊最大可能是86,88,90,那麼周長最長為86 88 90=264釐米。
例4:把25拆成若干個正整數的和,使它們的積最大。
[分析]先從較小數形開始實驗,發現其規律:
把6拆成3 3,其積為3×3=9最大;
把7拆成3 2 2,其積為3×2×2=12最大;
把8拆成3 3 2,其積為3×3×2=18最大;
把9拆成3 3 3,其積為3×3×3=27最大;……
這就是說,要想分拆後的數的乘積最大,應儘可能多的出現3,而當某一自然數可表示為若干個3與1的和時,要取出一個3與1重合在一起再分拆成兩個2之和,因此25可以拆成3 3 3 3 3 3 3 2 2,其積37×22=8748為最大。
例5:A、B兩人要到沙漠中探險,他們每天向沙漠深處走20千米,已知每人最多可攜帶一個人24天的食物和水,如果不準將部分食物存放於途中,問其中一個人最遠可以深入沙漠多少千米(要求最後兩人返回出發點)?如果可以將部分食物存放於途中以備返回時取用呢?
[分析]設A走X天后返回,A留下自己返回時所需的食物,剩下的轉給B,此時B共有(48-3X)天的食物,因為B最多攜帶24天的食物,所以X=8,剩下的24天食物,B只能再向前走8天,留下16天的食物供返回時用,所以B可以向沙漠深處走16天,因為每天走20千米,所以其中一人最多可以深入沙漠320千米。
如果改變條件,則問題關鍵為A返回時留給B24天的食物,由於24天的食物可以使B單獨深入沙漠12天的路程,而另外24天的食物要供A、B兩人往返一段路,這段路為24÷4=6天的路程,所以B可以深入沙漠18天的路程,也就是說,其中一個人最遠可以深入沙漠360千米。
例6:甲、乙兩個服裝廠每個工人和裝置都能全力生產同一規格的西服,甲廠每月用的時間生產上衣,的時間生產褲子,全月恰好生產900套西服;乙廠每月用的時間生產上衣,的時間生產褲子,全月恰好生產1200套西服,現在兩廠聯合生產,儘量發揮各自特長多生產西服,那麼現在每月比過去多生產西服多少套?
[分析]根據已知條件,甲廠生產一條褲子與一件上衣的時間之比為2:3;因此在單位時間內甲廠生產的上衣與褲子的數量之比為2:3;同理可知,在單位時間內乙廠生產上衣與褲子的數量之比是3:4;,由於,所以甲廠善於生產褲子,乙廠善於生產上衣。
兩廠聯合生產,儘量發揮各自特長,安排乙廠全力生產上衣,由於乙廠生產月生產1200件上衣,那麼乙廠全月可生產上衣1200÷=2100件,同時,安排甲廠全力生產褲子,則甲廠全月可生產褲子900÷=2250條。
為了配套生產,甲廠先全力生產2100條褲子,這需要2100÷2250=月,然後甲廠再用月單獨生產西服900×=60套,於是,現在聯合生產每月比過去多生產西服
(2100 60)-(900 1200)=60套
例7今有圍棋子1400顆,甲、乙兩人做取圍棋子的遊戲,甲先取,乙後取,兩人輪流各取一次,規定每次只能取7P(P為1或不超過20的任一質數)顆棋子,誰最後取完為勝者,問甲、乙兩人誰有必勝的策略?
[分析]因為1400=7×200,所以原題可以轉化為:有圍棋子200顆,甲、乙兩人流每次取P顆,誰最後取完誰獲勝。
[解]乙有必勝的策略。
[說明](1)此題中,乙是“後發制人”,故先取者不一定存在必勝的策
,關鍵是看他們所面臨的“情形”;
(2我們可以這樣來分析這個問題的解法,將所有的情形--剩餘棋子的顆數分成兩類,第一類是4的倍數,第二類是其它。
若某人在取棋時遇到的是第二類情形,那麼他可以取1或2或3,使得剩下的是第一類情形,若取棋時面臨第一類情形,則取棋後留給另一個人的一定是第二類情形。所以,誰先面臨第二類情形誰就能獲勝,在絕大部分雙人比賽問題中,都可採用這種方法。
例8有一個80人的旅遊團,其中男50人,女30人,他們住的旅館有11人、7人和5人的三種房間,男、女分別住不同的房間,他們至少要住多少個房間?
[分析]為了使得所住房間數最少,安排時應儘量先安排11人房間,這樣50人男的應安排3個11人間,2個5人間和1個7人間;30個女人應安排1個11人間,2個7人間和1個5人間,共有10個房。
最最佳化概念反映了人類實踐活動中十分普遍的現象,即要在儘可能節省人力、物力和時間前提下,爭取獲得在可能範圍內的最佳效果,因此,最最佳化問題成為現代數學的一個重要課題,涉及統籌、線性規劃一排序不等式等內容。
最最佳化問題不僅具有趣味性,而且由於解題方法靈活,技巧性強,因此對於開拓解題思路,增強數學能力很有益處。
但解決這類問題需要的基礎知識相當廣泛,很難做到一一列舉。因此,主要是以例題的方式讓大家體會解決這些問題的方法和經驗。
[經典例題]
例1:貨輪上卸下若干只箱子,總重量為10噸,每隻箱子的重量不超過1噸,為了保證能把這些箱子一次運走,問至少需要多少輛載重3噸的汽車?
[分析]因為每一隻箱子的重量不超過1噸,所以每一輛汽車可運走的箱子重量不會少於2噸,否則可以再放一隻箱子。
所以,5輛汽車本是足夠的,但是4輛汽車並不一定能把箱子全部運走。例如,設有13只箱子,,所以每輛汽車只能運走3只箱子,13只箱子用4輛汽車一次運不走。
因此,為了保證能一次把箱子全部運走,至少需要5輛汽車。
例2:用10尺長的竹竿來擷取3尺、4尺長的甲、乙兩種短竹竿各100根,至少要用去原材料幾根?怎樣截法最合算?
[分析]一個10尺長的竹竿應有三種截法:
(1)3尺兩根和4尺一根,最省;
(2)3尺三根,餘一尺;
(3)4尺兩根,餘2尺。
為了省材料,儘量使用方法(1),這樣50根原材料,可截得100根3尺的竹竿和50根4尺的竹竿,還差50根4尺的,最好選擇方法(3),這樣所需原材料最少,只需25根即可,這樣,至少需用去原材料75根。
例3:一個銳角三角形的三條邊的長度分別是兩位數,而且是三個連續偶數,它們個位數字的和是7的倍數,這個三角形的周長最長應是多少釐米?
[分析]因為三角形三邊是三個連續偶數,所以它們的個位數字只能是0,2,4,6,8,並且它們的和也是偶數,又因為它們的個位數字的和是7的倍數,所以只能是14,三角形三條邊最大可能是86,88,90,那麼周長最長為86 88 90=264釐米。
例4:把25拆成若干個正整數的和,使它們的積最大。
[分析]先從較小數形開始實驗,發現其規律:
把6拆成3 3,其積為3×3=9最大;
把7拆成3 2 2,其積為3×2×2=12最大;
把8拆成3 3 2,其積為3×3×2=18最大;
把9拆成3 3 3,其積為3×3×3=27最大;……
這就是說,要想分拆後的數的乘積最大,應儘可能多的出現3,而當某一自然數可表示為若干個3與1的和時,要取出一個3與1重合在一起再分拆成兩個2之和,因此25可以拆成3 3 3 3 3 3 3 2 2,其積37×22=8748為最大。
例5:A、B兩人要到沙漠中探險,他們每天向沙漠深處走20千米,已知每人最多可攜帶一個人24天的食物和水,如果不準將部分食物存放於途中,問其中一個人最遠可以深入沙漠多少千米(要求最後兩人返回出發點)?如果可以將部分食物存放於途中以備返回時取用呢?
[分析]設A走X天后返回,A留下自己返回時所需的食物,剩下的轉給B,此時B共有(48-3X)天的食物,因為B最多攜帶24天的食物,所以X=8,剩下的24天食物,B只能再向前走8天,留下16天的食物供返回時用,所以B可以向沙漠深處走16天,因為每天走20千米,所以其中一人最多可以深入沙漠320千米。
如果改變條件,則問題關鍵為A返回時留給B24天的食物,由於24天的食物可以使B單獨深入沙漠12天的路程,而另外24天的食物要供A、B兩人往返一段路,這段路為24÷4=6天的路程,所以B可以深入沙漠18天的路程,也就是說,其中一個人最遠可以深入沙漠360千米。
例6:甲、乙兩個服裝廠每個工人和裝置都能全力生產同一規格的西服,甲廠每月用的時間生產上衣,的時間生產褲子,全月恰好生產900套西服;乙廠每月用的時間生產上衣,的時間生產褲子,全月恰好生產1200套西服,現在兩廠聯合生產,儘量發揮各自特長多生產西服,那麼現在每月比過去多生產西服多少套?
[分析]根據已知條件,甲廠生產一條褲子與一件上衣的時間之比為2:3;因此在單位時間內甲廠生產的上衣與褲子的數量之比為2:3;同理可知,在單位時間內乙廠生產上衣與褲子的數量之比是3:4;,由於,所以甲廠善於生產褲子,乙廠善於生產上衣。
兩廠聯合生產,儘量發揮各自特長,安排乙廠全力生產上衣,由於乙廠生產月生產1200件上衣,那麼乙廠全月可生產上衣1200÷=2100件,同時,安排甲廠全力生產褲子,則甲廠全月可生產褲子900÷=2250條。
為了配套生產,甲廠先全力生產2100條褲子,這需要2100÷2250=月,然後甲廠再用月單獨生產西服900×=60套,於是,現在聯合生產每月比過去多生產西服
(2100 60)-(900 1200)=60套
例7今有圍棋子1400顆,甲、乙兩人做取圍棋子的遊戲,甲先取,乙後取,兩人輪流各取一次,規定每次只能取7P(P為1或不超過20的任一質數)顆棋子,誰最後取完為勝者,問甲、乙兩人誰有必勝的策略?
[分析]因為1400=7×200,所以原題可以轉化為:有圍棋子200顆,甲、乙兩人流每次取P顆,誰最後取完誰獲勝。
[解]乙有必勝的策略。
[說明](1)此題中,乙是“後發制人”,故先取者不一定存在必勝的策
,關鍵是看他們所面臨的“情形”;
(2我們可以這樣來分析這個問題的解法,將所有的情形--剩餘棋子的顆數分成兩類,第一類是4的倍數,第二類是其它。
若某人在取棋時遇到的是第二類情形,那麼他可以取1或2或3,使得剩下的是第一類情形,若取棋時面臨第一類情形,則取棋後留給另一個人的一定是第二類情形。所以,誰先面臨第二類情形誰就能獲勝,在絕大部分雙人比賽問題中,都可採用這種方法。
例8有一個80人的旅遊團,其中男50人,女30人,他們住的旅館有11人、7人和5人的三種房間,男、女分別住不同的房間,他們至少要住多少個房間?
[分析]為了使得所住房間數最少,安排時應儘量先安排11人房間,這樣50人男的應安排3個11人間,2個5人間和1個7人間;30個女人應安排1個11人間,2個7人間和1個5人間,共有10個房。