一線性規劃問題的可行解區域為坐標平面上由點 $A(0,30)$、$B(18,27)$、$C(20,0)$、$D(2,3)$ 所圍成的平行四邊形及其內部。已知目標函數 $ax + by$(其中 $a,b$ 為常數)在 $D$ 點有最小值 $48$,則此目標函數在同個可行解區域的最大值為 ____。
詳解
可行解區域為平行四邊形 $ABCD$ 及其內部,這是一個凸多邊形區域。根據線性規劃頂點法,目標函數 $f(x,y) = ax + by$ 的極值必在邊界頂點處取得。
已知頂點坐標為:
$$A(0,30),\ B(18,27),\ C(20,0),\ D(2,3)$$
已知目標函數在 $D(2,3)$ 有最小值 $48$,即:
$$f(2,3) = 2a + 3b = 48$$
在平行四邊形 $ABCD$ 中,我們觀察頂點之間的關係。向量 $\overset{\large\rightharpoonup}{AB} = (18, -3)$,$\overset{\large\rightharpoonup}{DC} = (18, -3)$,這證實了對邊平行且等長。對角線的交點(中心點)為:
$$M = \left(\dfrac{0+20}{2}, \dfrac{30+0}{2}\right) = (10, 15)$$
$$M = \left(\dfrac{18+2}{2}, \dfrac{27+3}{2}\right) = (10, 15)$$
這說明頂點 $B(18, 27)$ 與頂點 $D(2, 3)$ 關於中心對稱。根據線性目標函數的對稱性質,若極小值發生於頂點 $D$,則極大值必發生於其相對頂點 $B$。
我們來計算目標函數在 $B(18,27)$ 處的值:
$$f(18,27) = 18a + 27b = 9(2a + 3b)$$
將 $2a + 3b = 48$ 代入上式得:
$$f(18,27) = 9 \times 48 = 432$$
故此目標函數在同個可行解區域的最大值為 $432$。