שרטוט התחום האפשרי
מבוא
מטרות השיעור
- לסרטט את הישר הגבולי של אי-שוויון ליניארי ולסמן את חצי-המישור הנכון
- להשתמש בנקודת בדיקה (לרוב הראשית) כדי לקבוע איזה צד לצבוע
- למצוא את התחום האפשרי כחיתוך כל חצאי-המישורים
- לחשב את קודקודי התחום כחיתוך הישרים הגובלים
- להבחין בין תחום סגור (חסום) לתחום פתוח
הרעיון המרכזי
חצי-מישור של אי-שוויון ליניארי
כל אי-שוויון ליניארי, למשל , מתאר חצי-מישור — אחד משני הצדדים של הישר הגבולי x + y = 30.
שלבי הסימון:
- סרטטו את הישר הגבולי (היעזרו בשתי נקודות החיתוך עם הצירים).
- בחרו נקודת בדיקה שאינה על הישר — נוחה במיוחד היא הראשית (0,0).
- הציבו אותה באי-השוויון. אם מתקבל פסוק אמת — צובעים את הצד שבו נמצאת הנקודה; אם שקר — את הצד השני.
התחום האפשרי = חיתוך
התחום האפשרי הוא קבוצת כל הנקודות (x,y) המקיימות את כל האילוצים בו-זמנית. גרפית זהו החיתוך של כל חצאי-המישורים — האזור שנצבע על ידי כולם, ולא האיחוד.
מכיוון שכמעט תמיד יש אילוצי אי-שליליות , התחום האפשרי כלוא ברבע הראשון של מערכת הצירים.
קודקודי התחום, תחום סגור ותחום פתוח
קודקוד של התחום הוא נקודת חיתוך של שני ישרים גובלים שנמצאת על שפת התחום האפשרי. מוצאים אותו על ידי פתרון מערכת של שתי משוואות הישרים. לא כל חיתוך של שני ישרים הוא קודקוד — יש לבדוק שהנקודה אכן מקיימת את שאר האילוצים.
- תחום סגור (חסום): ניתן להקיף אותו במלבן — אופייני לאילוצי "לכל היותר" ().
- תחום פתוח (לא חסום): משתרע עד אינסוף בכיוון כלשהו — אופייני לאילוצי "לפחות" (), כמו בבעיות מינימום של עלות.
דוגמאות מפורטות
דוגמה 1: סימון חצי-מישור בעזרת נקודת בדיקה
סמנו את חצי-המישור של האי-שוויון .
שלב 1 — הישר הגבולי
דוגמה 2: בניית תחום אפשרי סגור (העסקת עובדים)
שרטטו את התחום האפשרי של המערכת: , ומצאו את קודקודיו.
ארבעת הקודקודים: (0,0),\ (24,0),\ (10,20),\ (0,30) — בהם נבדוק בהמשך את פונקציית המטרה.
שלב 1 — הישרים והרבע הראשון
דוגמה 3: בדיקה אם נקודה שייכת לתחום
האם הנקודה שייכת לתחום האפשרי של המערכת ?
נקודה שייכת לתחום רק אם היא מקיימת את כל האילוצים; די בהפרת אחד כדי לפסול אותה.
שלב 1 — בודקים אי-שליליות
דוגמה 4: תחום פתוח (דיאטה — בעיית מינימום)
שרטטו את אופי התחום האפשרי של המערכת . האם הוא סגור או פתוח?
הציבו את הראשית: כש- יוצא שקר, צובעים את הצד ההפוך לראשית.
שלב 1 — הישרים
בדיקה מהירה
כדי לסמן את חצי-המישור של האי-שוויון , מציבים את נקודת הבדיקה . מה מתקבל, ואיזה צד יש לצבוע?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
לאי-שוויון מציבים את נקודת הבדיקה . מה מתקבל, ואיזה צד של הישר יש לצבוע?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
התבוננו במערכת האילוצים . האם התחום האפשרי שלה סגור (חסום) או פתוח?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
טעויות נפוצות
טעות נפוצה: צובעים את הצד הלא-נכון של הישר
עבור הצבת הראשית נותנת — שקר, ולכן צובעים את הצד הרחוק מהראשית, ולא את הצד שלה.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: לוקחים איחוד במקום חיתוך
נקודה שייכת לתחום רק אם היא מקיימת את כל האי-שוויונות בו-זמנית, ולכן לוקחים את החיתוך.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: שוכחים להגביל לרבע הראשון
מספרי פריטים/עובדים אינם שליליים, ולכן התחום כלוא ב.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: מניחים שכל חיתוך של שני ישרים הוא קודקוד של התחום
חיתוך שני ישרים שמפר אילוץ אחר נמצא מחוץ לתחום ואינו קודקוד שלו; יש לבדוק כל מועמד.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
סיכום
מה למדנו?
שרטוט התחום האפשרי — השלב השלישי:
- כל אי-שוויון = חצי-מישור; קובעים את צדו בנקודת בדיקה (הראשית: אמת → צדה, שקר → הצד ההפוך).
- התחום האפשרי הוא החיתוך של כל חצאי-המישורים, מוגבל לרבע הראשון.
- קודקוד = חיתוך שני ישרים גובלים שמקיים את כל האילוצים (פותרים מערכת משוואות ובודקים).
- אילוצי "לכל היותר" () נוטים לתת תחום סגור; אילוצי "לפחות" () נוטים לתת תחום פתוח.
בכך השלמנו את בניית המודל: משתנים, אילוצים, פונקציית מטרה ותחום אפשרי — הבסיס למציאת הפתרון האופטימלי בקודקודים.
תרגול נוסף
עברו לתרגול כדי להתאמן על סימון חצאי-מישורים, מציאת קודקודים וזיהוי תחום סגור מול פתוח!