内容正文:
第六讲 最大与最小问题
先看一个简单的问题:
妈妈让小明给客人烧水沏茶.洗开水壶要用1分钟,烧开水要用15分钟,洗茶壶要用1分钟,洗茶杯要用1分钟,拿茶叶要用2分钟,小明估算了一下,完成这些工作要花20分钟.为了使客人早点喝上茶,按你认为最合理的安排,多少分钟就能沏茶了?
这个题目,取材于华罗庚教授1965年发表的《统筹方法平话》.
开水壶不洗,不能烧开水,因而洗开水壶是烧开水的先决条件;没开水、没茶叶、不洗壶杯则不能泡茶,这些又是泡茶的先决条件.因此我们可以列出它们的相互关系图
从上图中很容易看出,最省时间的办法是:先洗开水壶用1分钟,接着烧开水用15分钟,在等待水开的过程中,可以完成洗茶壶、洗茶杯、拿茶叶,水开了就沏茶,这样仅用16分钟就能沏茶了,这是没有“窝工”的最合理的安排,用最少的时间完成了工作.
像这样,研究某种量(或几种量)在一定条件下取得最大值或最小值的问题,我们称为最大与最小问题.
在日常生活、科学研究和生产实践中,存在大量的最大与最小问题.如,把一些物资从一个地方运到另一个地方,怎样运才能使路程尽可能短,运费最省;一项(或多项)工作,如何安排调配,才能使工期最短、效率最高等等,都是最大与最小问题.这里贯穿了一种统筹的数学思想-最优化原则.概括起来就是:要在尽可能节省人力、物力和时间的前提下,争取获得在可能范围内的最佳效果.这一原则在生产、科学研究及日常生活中有广泛的应用.
一、数、式、方程(组)中的最大最小问题
例1 把14拆成几个自然数的和,再求出这些数的乘积,如何拆可以使乘积最大?
分析与解答 这要考虑到一些隐含着的限制条件,可以这样思考:
①要使14拆成的自然数的乘积最大,所拆成的数的个数要尽可能多,多一个可以多乘一次,但1不应出现,因为1与任何数的积仍为原数.
②拆出的加数不要超过4,例如5,它还可以拆成2和3,而2×3>5,所以加数大于4的数还要继续拆小.
③由于4=2+2,又4=2×2,因此拆出的加数中可以不出现4.
④拆出的加数中2的个数不能多于两个.例如拆成三个2,不如拆成两个3.因为三个2的积为8,两个3的积为9,这就是说,应尽可能多拆出3.
因为14=3×4+2,所以把14拆成3、3、3、3、2时,积为3×3×3×3×2=162最大.
对最大与最小问题一要注意变