LÝ THUYẾT - SÁCH HÌNH ĐỘNG
LỚP 10·10 / 2026

BPT · 0535 phút

Giá trị lớn nhất, nhỏ nhất của F = ax + by trên miền nghiệm

Đường mức trượt tới đỉnh

Cần học trướcBPT · 03 · Hệ bất phương trình bậc nhất hai ẩn và miền nghiệm

Mục tiêu

  • Hiểu "đường mức" của F=ax+byF = ax + by và dùng chúng để nhìn thấy vì sao cực trị nằm ở đỉnh.
  • Phát biểu và sử dụng định lí: trên miền đa giác, GTLN, GTNN của F=ax+byF = ax + by đạt tại đỉnh (có thể cả trên một cạnh).
  • Xử lý miền không bị chặn (khi nào có min, có max) và bài có tham số.

Khởi động

Một mặt phẳng nghiêng (như mái nhà) đặt trên mảnh đất hình đa giác. Điểm nào trên mảnh đất cao nhất? Không thể là điểm "giữa sân", vì từ đó luôn đi thêm được một chút theo hướng dốc lên. Điểm cao nhất phải ở mép, và trên mép thì ở một góc (hoặc dọc cả một cạnh nếu cạnh đó nằm ngang). Hàm F=ax+byF = ax + by chính là một mặt phẳng nghiêng như thế: cho mỗi điểm (x; y)(x;\,y) một "độ cao" FF. Bài này tìm điểm cao nhất, thấp nhất trên một miền cho bởi hệ bất phương trình.

01Kiến thức cần nhớ

1. Hàm mục tiêu và đường mức

Với mỗi số kk, tập các điểm có F(x; y)=kF(x;\,y) = k là đường thẳng ax+by=kax + by = k, gọi là đường mức kk. Các đường mức song song với nhau (cùng hệ số aa, bb) và khi kk tăng thì đường thẳng tịnh tiến về phía mà ax+byax + by tăng, tức về phía vectơ (a; b)(a;\,b) (như bài 2, mục Mở rộng).

Ví dụ F=2x+3yF = 2x + 3y: đường mức k=0k = 0 qua gốc; k=6k = 6 qua (3; 0)(3;\,0) và (0; 2)(0;\,2); k=11k = 11 qua (112; 0)\bigl(\tfrac{11}2;\,0\bigr) và (0; 113)\bigl(0;\,\tfrac{11}3\bigr). Càng lên phía trên-phải, kk càng lớn.

OABC(2; 3)k = 0k = 6k = 8k = 11−2−11234567−112345Oxy
Bốn đường mức của F = 2x + 3y trên tứ giác OABC: chúng song song, vuông góc với vectơ (2; 3); đường k = 11 chạm miền đúng tại B.

2. Trượt đường mức

Để tìm max của FF trên D\mathcal D: hình dung đường mức F=kF = k trượt theo hướng kk tăng. Chừng nào đường mức còn cắt D\mathcal D thì còn điểm của D\mathcal D có F=kF = k. Giá trị kk lớn nhất mà đường mức còn chạm D\mathcal D chính là max⁡F\max F, và nơi chạm là điểm đạt max. Vì D\mathcal D là đa giác lồi, đường mức chạm nó lần cuối ở một đỉnh (hoặc, nếu đường mức song song với một cạnh, ở cả cạnh đó). Tương tự cho min khi trượt theo hướng ngược lại.

Tương tácTrượt đường mức
● GTLN = 11
● GTNN = 0
● đường mức còn cắt miền

Kéo k để trượt đường mức, hoặc bấm “Trượt tự động”. Đổi a, b để xoay hướng; chọn a, b sao cho đường mức song song với một cạnh thì cả cạnh sáng lên. Thử bốn miền mẫu, kể cả miền không bị chặn.

3. Định lí đỉnh

Lí do (cho đoạn thẳng, rồi suy ra cho đa giác): nếu MM nằm trên đoạn PQPQ, PM→=t PQ→\overrightarrow{PM} = t\,\overrightarrow{PQ} với 0≤t≤10 \le t \le 1, thì toạ độ của MM là (1−t)(1 - t) lần toạ độ PP cộng tt lần toạ độ QQ. Do FF là hàm bậc nhất,

F(M)=(1−t) F(P)+t F(Q),F(M) = (1 - t)\,F(P) + t\,F(Q),

một số nằm giữa F(P)F(P) và F(Q)F(Q). Vậy trên đoạn PQPQ, giá trị lớn nhất, nhỏ nhất ở hai đầu mút. Một điểm bất kì của đa giác nằm trên một đoạn nối hai điểm của biên, rồi hai điểm biên lại nằm trên các cạnh nối hai đỉnh; áp dụng liên tiếp, giá trị FF tại điểm bất kì không vượt quá max⁡\max và không dưới min⁡\min của các giá trị tại đỉnh.

Tương tácF(M) nằm giữa F(P) và F(Q)
PQM

Kéo P, Q rồi trượt t từ 0 đến 1: điểm M đi từ P đến Q, còn F(M) đi từ F(P) đến F(Q) trên trục giá trị, không bao giờ ra ngoài.

4. Miền không bị chặn

Khi D\mathcal D kéo dài vô hạn, định lí chưa dùng được ngay. Hai ý cần nhớ:

  • Nếu FF có thể lớn tuỳ ý (hoặc nhỏ tuỳ ý) khi đi dọc một hướng ra xa của miền, thì không có max (hoặc không có min).
  • Nếu theo mọi hướng ra xa, FF đều không giảm thì có min, đạt tại một đỉnh (tính FF tại mọi đỉnh rồi so sánh); tương tự cho max.

Với miền trong góc phần tư thứ nhất (x≥0x \ge 0, y≥0y \ge 0) kéo dài ra xa, hướng đi ra xa gồm hướng của trục OxOx dương (FF tăng aa cho mỗi đơn vị) và hướng trục OyOy dương (FF tăng bb cho mỗi đơn vị). Do đó với a≥0a \ge 0 và b≥0b \ge 0: có min (đạt tại đỉnh), không có max.

02Tóm tắt

  • F=ax+byF = ax + by; đường mức ax+by=kax + by = k song song, trượt theo hướng (a; b)(a;\,b) khi kk tăng.
  • Miền đa giác lồi: max, min của FF đạt tại đỉnh; hai đỉnh liền kề cùng giá trị thì cả cạnh.
  • Quy trình: tìm đủ đỉnh →\to bảng FF →\to so sánh →\to kết luận (giá trị; điểm).
  • Miền không bị chặn: xét hướng ra xa; có khi chỉ có min hoặc chỉ có max, có khi không có.
  • Đừng dùng góc ngoài miền; đừng bỏ đỉnh.

03Mở rộng

Tại sao cạnh có thể là tập tối ưu. Khi vectơ (a; b)(a;\,b) vuông góc với một cạnh, đường mức song song với cạnh đó, và khi đường mức trượt tới vị trí cuối cùng nó trùng cạnh: tối ưu đạt trên cả đoạn. Về mặt đại số: hệ số (a; b)(a;\,b) tỉ lệ với hệ số của bờ chứa cạnh. Đây là dạng "quy hoạch tuyến tính có vô số phương án tối ưu", ở bài thực tế gọi là hai phương án sản xuất cho cùng lợi nhuận tối đa.

Tiếp theoPhương pháp →