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IAL 2022 June D1 Q4

A Level / Edexcel / D1

IAL 2022 June Paper · Question 4

题目

Problem

A linear programming problem in xx, yy and zz is described as follows.

Maximise P=x+yP = -x + y

subject to

x+2y+z15x + 2y + z \leq 15 3x4y+2z13x - 4y + 2z \geq 1 2x+y+z=142x + y + z = 14 x0,y0,z0x \geq 0, \quad y \geq 0, \quad z \geq 0

(a) (i) Eliminate zz from the first two inequality constraints, simplifying your answers.

(ii) Hence state the maximum possible value of PP.

(4)

Given that PP takes the maximum possible value found in (a)(ii),

(b) (i) determine the maximum possible value of xx.

(ii) Hence find a solution to the linear programming problem.

(3)
题目中文翻译

xxyyzz 的线性规划问题描述如下。

最大化 P=x+yP = -x + y

约束条件

x+2y+z15x + 2y + z \leq 15 3x4y+2z13x - 4y + 2z \geq 1 2x+y+z=142x + y + z = 14 x0,y0,z0x \geq 0, \quad y \geq 0, \quad z \geq 0

(a) (i) 从前两个不等式约束中消去 zz,简化答案。

(ii) 由此写出 PP 的最大可能值。

已知 PP 取 (a)(ii) 中找到的最大可能值,

(b) (i) 确定 xx 的最大可能值。

(ii) 由此找到线性规划问题的解。

解答

(a)(i)

解法一

思路

展开

先由等式约束把 zz 表示为 x,yx,y,再分别代入前两个不等式。代入后逐项合并,并在第二个不等式乘以 1-1 时反转不等号。

答题过程

展开

From

2x+y+z=14,2x+y+z=14,

we have

z=142xy.z=14-2x-y.

Substituting into the first inequality,

x+2y+(142xy)15,x+2y+(14-2x-y)\leqslant15,

so

x+y1.\boxed{-x+y\leqslant1}.

Substituting into the second inequality,

3x4y+2(142xy)1.3x-4y+2(14-2x-y)\geqslant1.

Therefore

x6y+281,-x-6y+28\geqslant1,

which gives

x+6y27.\boxed{x+6y\leqslant27}.

(a)(ii)

解法一

思路

展开

目标函数 P=x+yP=-x+y 正好是 (a)(i) 第一个新约束的左端,因此该约束直接给出 P1P\leq1。题目后续会在这一边界上找到可行点,所以最大可能值就是 1。

答题过程

展开

Since

P=x+y1,P=-x+y\leqslant1,

the maximum possible value is

Pmax=1.\boxed{P_{\max}=1}.

(b)(i)

解法一

思路

展开

PP 取得最大值 1 时,必有 x+y=1-x+y=1,即 y=x+1y=x+1。把它代入另一个消元后的约束 x+6y27x+6y\leq27,即可求出 xx 的上界;等号成立时达到该上界。

答题过程

展开

At the maximum value of PP,

x+y=1,-x+y=1,

so y=x+1y=x+1. Hence

x+6(x+1)27.x+6(x+1)\leqslant27.

Therefore

7x21,7x\leqslant21,

and the maximum possible value of xx is

xmax=3.\boxed{x_{\max}=3}.

(b)(ii)

解法一

思路

展开

由 (b)(i) 取 x=3x=3,再用 y=x+1y=x+1 得到 y=4y=4。最后代回原等式约束求 zz,并检查所得三元组非负且满足全部原约束。

答题过程

展开

Taking x=3x=3 gives

y=x+1=4.y=x+1=4.

Using 2x+y+z=142x+y+z=14,

2(3)+4+z=14,2(3)+4+z=14,

so z=4z=4. The values are non-negative and satisfy all the original constraints. Thus a solution is

x=3,y=4,z=4.\boxed{x=3,\qquad y=4,\qquad z=4}.