Ответ: система не имеет решения.

Последним двум строкам соответствуют две параллельные плоскости, которые не могут иметь общих точек:

−3 − 2 = 11;

−3 − 2 = 8.

Поскольку с системами линейных уравнений приходится стал-

киваться довольно часто, желательно довести навыки их решения «до подкорки». Нужное количество заданий вы найдете в любом сборнике задач по линейной алгебре.

§ 1.5. Неравенства

35 55 Объединим в одной таблице схемы решения линейных неравенств с рассмотренной нами на с. 19 схемой

решения соответствующего уравнения.

Как видно из таблицы, если коэффициент при неизвестной в уравнении = отличен от нуля, точка делит вещественную ось на два луча, на одном из которых уравнение превращается в неравенство > , на другом – < .

190 Пример 1. Решить неравенство ( 2 + −2)· < 2 +2 −3.

Решение:

1) 2 + − 2 < 0 ( − 1)( + 2) < 0 (−2; 1). При делении левой и правой частей неравенства на отрицательную величину, знак неравенства меняет направление:

2) 2 + − 2 = 0 = −2 или = 1. 2.1) = −2 0 · < −3. Нет решения. 2.2) = 1 0 · < 0. Нет решения.

3) 2 + − 2 > 0 ( − 1) · ( + 2) > 0 (−∞; −2) (1; +∞).

При делении левой и правой частей неравенства на положительную величину направление знака неравенства не меняется:

Ответ:

1)при = −2 и = 1.

2)( +1+3 ; +∞) при (−2; 1).

3)(−∞; +1+3 ) при (−∞; −2) (1; +∞).

Рассмотрим уравнение с двумя неизвестными + = . Если коэффициенты при неизвестных не равны одновременно нулю, уравнению соответствует прямая на плоскости

Для этого достаточно знать две точки на каждой прямой, например точки попарного пересечения прямых. Знание их координат позволит сделать график более информативным. К тому же нам представляется случай еще раз закрепить навыки решения систем линейных уравнений с двумя неиз-

Графики прямых 1, 2 и 3 изображены на рис. 5. Теперь, чтобы найти полуплоскость, на которой 6 + > 10, подставим в левую часть неравенства координаты любой не лежащей на прямой 6 + = 10 точки. Мы подставим координаты точки (0; 0). Неравенство не выполняется, значит,

6 + < 10 по другую сторону прямой 1, на графике по правую сторону. Аналогичная подстановка показывает, что неравенство + < 5 выполняется для точек, лежащих

Рис. 5. Треугольник ABC

слева от прямой 2, а неравенство 3 − 2 < 10 – для точек, расположенных левее прямой 3 − 2 = 10. Поскольку нас интересует геометрическое место точек, для которых выполняются одновременно три неравенства, решением системы будет множество пар ( ; ), являющихся координатами точек, принадлежащих одновременно всем трем рассмотренным полуплоскостям.

Ответ: решением будет множество точек треугольника , включая границу, поскольку все неравенства нестрогие.

Пример 3. Допустим, наше предприятие может выпускать 191

два пользующихся спросом на рынке изделия и , для производства которых требуются три вида ресурсов: токарный станок, фрезерный станок и сварочная аппаратура. По

договору аренды, в этом квартале мы располагаем 800 часами рабочего времени токарного станка, 700 – фрезерного и 640 часами сварочной аппаратуры. Для производства одной партии изделия требуется 8 часов времени токарного станка, 3 – фрезерного и 8 часов сварочной аппаратуры. Для производства партии изделия те же ресурсы нужны в объемах 10, 10 и 5 соответственно. Изделие можно реализовать на рынке по цене 30 тысяч рублей за партию, изделие – 60 тысяч рублей за партию. Требуется составить план производства изделий и , при котором доход с продаж будет максимальным. Иными словами, перед нами стоит вопрос: в каком объеме мы должны производить каждое изделие?

Решение. Оформим условия задачи в виде таблицы:

Обозначим количество партий изделий и переменными

и соответственно, тогда каждому реальному производственному плану будет соответствовать точка на плоскости с координатами ( ; ) (рис. 6). На производство партий изделия уйдет 8 часов работы токарного станка, а на производство партий изделия – 10 часов. Значит, для

Рис. 6. Область производственных возможностей

выполнения плана ( ; ) потребуется 8 + 10 часов работы токарного станка, при этом мы не можем затратить более 800 часов. Таким образом, должно выполняться неравенство 8 + 10 ≤ 800. Учитывая также естественные ограничения ≥ 0 и ≥ 0, изобразим на плоскости область наших производственных возможностей, геометрическое место всех пар ( ; ), которые реально можно произвести, если

единственным ограничением является рабочее время токар-

ного станка. Эта область представлена на рис. 6а. На графи-

ке прямая 8 +10 = 800 обозначена 1. Аналогично ограни-

чения, связанные с арендой фрезерного станка, выразятся

неравенством 3 + 10 ≤ 700, и область производственных

возможностей сузится до изображенной на рис. 6б. Прямая

3 + 10 = 700 обозначена на графике 2. Наконец, ограниченность последнего ресурса означает 8 + 5 ≤ 640 и об-

ласть производственных возможностей примет окончатель-

ный вид (рис. 6в). Это множество всех пар ( ; ), которые

мы в состоянии произвести. Таким образом, область произ-

водственных возможностей задана системой неравенств

8 · + 10 · ≤ 800;

3 · + 10 · ≤ 700;

8 · + 5 · ≤ 640;

≥ 0;

≥ 0.

Осталось решить, какой производственный план будет оп-

тимальным? В соответствии с условиями задачи, партий

изделия дадут доход с продаж 30 , а партий изделия

– 60 тысяч рублей. Итого: 30 + 60 . Пусть – доход с

продаж, тогда решениями уравнения 30 + 60 = при соблюдении известных ограничений будут все пары ( ; ), дающие доход . Например, доход 2 миллиона 400 тысяч рублей можно получить, приняв план, соответствующий точкам (0; 40) или (80; 0), а также любой другой точке, лежащей на отрезке , т. е. на пересечении прямой

30 + 60 = 2400 с областью производственных возможностей. Но, вероятно, это неоптимальные планы. Если мы переместим прямую вверх параллельно самой себе, то новой прямой будет соответствовать большее значение . Так, если прямая 30 + 60 = пройдет через точку (0; 60) на оси , доход составит 3 миллиона 600 тысяч рублей. Однако мы не можем поднять прямую на любую высоту. Мы можем двигать ее вверх параллельно самой себе до тех пор, пока она имеет общие точки с областью производственных возможностей. Таким образом, мы остановимся тогда, когда прямая 30 + 60 = пройдет через точку . Найдем ее координаты:

Тогда доход с продаж: 30 · 20 + 60 · 64 = 4440.

Ответ: оптимальный план выпуска – 20 партий изделия и 64 партии изделия . Доход с продаж при этом составит

4 миллиона 440 тысяч рублей.

Задача на оптимизацию, которую мы сейчас рассмотрели, относится к классу задач линейного программирования. Этот раздел математики появился в 30-х годах XX века после выхода статьи Леонида Витальевича Канторовича «Математические методы организации и планирования производства». В линейном программировании предполагается наличие линейной целевой функции и линейных ограничений. Задача о Леше и Гоше (с. 23) также является задачей линейного программирования. Когда для достижения максимума или минимума целевой функции мы варьируем только двумя переменными, задача имеет простую геометрическую интерпретацию. В случае трех переменных областью производственных возможностей стал бы многогранник в трехмерном пространстве. Рисовать трехмерные чертежи не каждому по силам. В случае еще большего числа переменных нам пришлось бы выйти в многомерное пространство. Например, если бы в последнем примере наше предприятие могло производить 10 видов изделий, задачу пришлось бы решать в 10-мерном пространстве на некотором гипермногограннике, а двигать пришлось бы не прямую, а 9-мерную гиперплоскость. Здесь придется отказаться от наглядности и привлечь аппарат линейной алгебры.

Задачи к параграфу на с. 190, п. 5–7.