מצגת הסבר – תכנון ליניארי
15 שקפים · מהסיפור ועד הרווח המקסימלי
תכנון ליניארי
מצגת הסבר – מהסיפור ועד הרווח המקסימלי
מה נלמד?
בשאלה יש שני סוגים של מוצרים (או פריטים), ויש הגבלות. צריך למצוא כמה מכל סוג כדי שהרווח יהיה הכי גדול (או המחיר הכי קטן).
- לכתוב את האילוצים
- לסרטט את התחום האפשרי
- למצוא את הקודקודים של התחום
- לכתוב את פונקציית המטרה f(x,y)
- להציב את הקודקודים ← מקסימום או מינימום
התחום האפשרי – שקית סוכריות, קיץ תשפ״ו
בנוסחאון של 3 יח״ל אין נוסחה לנושא הזה. כל מה שצריך: לסרטט ישר, לפתור שתי משוואות ולהציב במחשבון.
המושגים
המשתנים x ו־y
בשאלה כתוב מה הם, למשל: x – מספר סוכריות הטופי בשקית, y – מספר סוכריות הגומי.
אילוץ
הגבלה מהסיפור, שנכתבת כאי־שוויון: 5x+3y≤210
התחום האפשרי
כל הנקודות שמקיימות את כל האילוצים. בסרטוט – השטח הצבוע.
פונקציית המטרה
מה שרוצים להגדיל או להקטין (רווח, מחיר): f(x,y)=0.5x+0.4y
הכלל החשובהערך המקסימלי (או המינימלי) של פונקציית המטרה מתקבל תמיד באחד מקודקודי התחום.
שלב 1: מהסיפור לאילוצים
| מה כתוב בשאלה | הסימן |
|---|---|
| „לכל היותר”, „לא יותר מ־”, „המקסימום הוא” | ≤ |
| „לפחות”, „לא פחות מ־”, „המינימום הוא” | ≥ |
| מספר מוצרים לא יכול להיות שלילי | x≥0, y≥0 |
סוכריית טופי שוקלת 5 גרם וסוכריית גומי 3 גרם. משקל השקית לכל היותר 210 גרם, ובשקית לכל היותר 48 סוכריות.
משקל: x סוכריות טופי שוקלות 5x גרם, y סוכריות גומי שוקלות 3y גרם:
5x+3y≤210
מספר הסוכריות:
x+y≤48
ועוד: x≥0, y≥0
שלב 2: סרטוט ישר – נקודות החיתוך עם הצירים
- הופכים את האילוץ למשוואה (≤ ← =).
- מציבים x=0 ← מוצאים y: החיתוך עם ציר ה־y.
- מציבים y=0 ← מוצאים x: החיתוך עם ציר ה־x.
- מעבירים ישר דרך שתי הנקודות.
| הישר | x=0 | y=0 |
|---|---|---|
| 5x+3y=210 | 3y=210 ← (0,70) | 5x=210 ← (42,0) |
| x+y=48 | (0,48) | (48,0) |
שלב 3: התחום האפשרי – מתחת או מעל?
≤ ← התחום מתחת לישר (לכיוון הראשית).
≥ ← התחום מעל לישר.
בדיקה עם (0,0)
מציבים x=0, y=0 באילוץ. אם מתקיים – הראשית בתחום, והתחום בצד שלה.
5⋅0+3⋅0=0≤210 ✓ ← מתחת לישר
עם x≥0, y≥0 התחום נמצא ברביע הראשון. התחום האפשרי = השטח שמקיים את כל האילוצים יחד.
שלב 4: הקודקודים של התחום
קודקודים על הצירים
על ציר ה־y התחום נגמר בנקודה הנמוכה יותר מבין (0,70) ו־(0,48):
A(0,48)
על ציר ה־x – בנקודה הקרובה יותר לראשית מבין (42,0) ו־(48,0):
B(42,0)
(כך כשהאילוצים הם ≤. תמיד בודקים מול הסרטוט.)
קודקוד שהוא חיתוך של שני ישרים
C – פותרים את שתי המשוואות יחד, בשיטת השוואת מקדמים (השקף הבא).
שלב 5: נקודת חיתוך – שיטת השוואת מקדמים
- כותבים את שתי משוואות הישרים זו מתחת לזו.
- כופלים משוואה (או שתיהן) במספר, כך שהמקדם של y (או של x) יהיה שווה בשתיהן.
- מחסירים את המשוואות – y נעלם ונשאר רק x.
- מציבים את x באחת המשוואות ומוצאים את y.
מחסירים את המשוואה השנייה מהראשונה:
C(33,15)
בדיקה מהירה: מציבים את C בשתי המשוואות. 5⋅33+3⋅15=165+45=210 ✓ 33+15=48 ✓
שלב 6: פונקציית המטרה וטבלת הקודקודים
הרווח מסוכריית טופי 0.5 ש״ח ומסוכריית גומי 0.4 ש״ח. הרווח משקית:
f(x,y)=0.5x+0.4y
מציבים כל קודקוד בפונקציית המטרה, ובוחרים את הערך הגדול ביותר (במקסימום) או הקטן ביותר (במינימום).
| קודקוד | f=0.5x+0.4y |
|---|---|
| O(0,0) | 0 |
| B(42,0) | 0.5⋅42=21 |
| C(33,15) | 0.5⋅33+0.4⋅15 =16.5+6=22.5 |
| A(0,48) | 0.4⋅48=19.2 |
רווח מקסימלי 22.5 ש״ח: 33 סוכריות טופי ו־15 סוכריות גומי
שימו לב: עונים במילים מה צריך לייצר (כמה מכל סוג), ולא רק את הנקודה.
כשמחפשים מינימום ויש אילוץ ≥
רונן אוכל x מנות בשר ו־y מנות סלט ביום.
קלוריות – לכל היותר: 4x+y≤32
חלבון – לפחות: 3x+y≥9
המחיר: f(x,y)=26x+12y – רוצים מחיר מינימלי.
3x+y≥9 ← התחום מעל הישר.
בדיקה: בנקודה (0,0) יוצא 0≥9 – לא נכון, ולכן הראשית לא בתחום.
| קודקוד | f=26x+12y |
|---|---|
| (3,0) | 26⋅3=78 |
| (8,0) | 26⋅8=208 |
| (0,32) | 12⋅32=384 |
| (0,9) | 12⋅9=108 |
מחיר מינימלי 78 ש״ח: 3 מנות בשר ו־0 מנות סלט
התחום בין שני הישרים – „רצועה”
האם הנקודה בתחום? בדיקת כל האילוצים
- מציבים את הנקודה בכל אחד מהאילוצים.
- אם כל האילוצים מתקיימים – הנקודה בתחום, והאפשרות קיימת.
- אם אפילו אילוץ אחד לא מתקיים – זה לא ייתכן.
האילוצים:
האם ייתכן מארז עם 9 חפיסות שוקולד ו־4 חטיפים?
מספר הפריטים: 9+4=13≤20 ✓
המשקל: 150⋅9+50⋅4=1350+200
=1550>1500 ✗
לא ייתכן: המשקל יהיה 1,550 גרם, יותר מ־1,500
(9,4) מחוץ לתחום
שאלת בגרות פתורה (חלק א)
מארזי שי עם חפיסות שוקולד (x) וחטיפים (y). חפיסה שוקלת 150 גרם וחטיף 50 גרם. בכל מארז לכל היותר 20 פריטים, ומשקל המארז לכל היותר 1,500 גרם.
מערכת האילוצים:
| הישר | חיתוך עם ציר y | חיתוך עם ציר x |
|---|---|---|
| x+y=20 | (0,20) | (20,0) |
| 150x+50y=1500 | (0,30) | (10,0) |
על ציר ה־y – הנקודה הנמוכה: A(0,20)
על ציר ה־x – הנקודה הקרובה: B(10,0)
C – השוואת מקדמים:
A(0,20), B(10,0), C(5,15)
שאלת בגרות פתורה (חלק ב)
הרווח מחפיסה 4 ש״ח ומחטיף 3 ש״ח. פונקציית המטרה:
f(x,y)=4x+3y
מציבים את הקודקודים:
| קודקוד | f=4x+3y |
|---|---|
| O(0,0) | 0 |
| B(10,0) | 4⋅10=40 |
| C(5,15) | 4⋅5+3⋅15=20+45=65 |
| A(0,20) | 3⋅20=60 |
(1) 5 חפיסות שוקולד ו־15 חטיפים
(2) הרווח המקסימלי: 65 ש״ח
9 חפיסות ו־4 חטיפים? ראינו: 150⋅9+50⋅4=1550>1500
לא ייתכן – אילוץ המשקל לא מתקיים
שימו לב: ב־A יש הכי הרבה פריטים, ובכל זאת המקסימום הוא ב־C. לכן תמיד בודקים את כל הקודקודים.
שימו לב – הטעויות הנפוצות
- „לכל היותר” הוא ≤, ו„לפחות” הוא ≥.
- לא לשכוח x≥0, y≥0.
- חיתוך עם ציר: מציבים 0 במשתנה השני.
- קודקוד על ציר: בוחרים את הנקודה של התחום (לפי הסרטוט), לא כל נקודת חיתוך.
- בהשוואת מקדמים כופלים את כל המשוואה – כל האיברים, גם המספר שבאגף ימין.
- מציבים בפונקציית המטרה את כל הקודקודים – גם O(0,0) אם הוא בתחום.
- מקסימום או מינימום? רווח ← מקסימום, מחיר או הוצאה ← מינימום.
- תשובה במילים: „5 חפיסות ו־15 חטיפים, רווח 65 ש״ח”.
בדיקה עצמית
נתונים האילוצים:
ופונקציית המטרה: f(x,y)=2x+3y
- מצאו את נקודות החיתוך של כל ישר עם הצירים.
- מהם הקודקודים של התחום שעל הצירים?
- מצאו את נקודת החיתוך של שני הישרים.
- באיזה קודקוד f מקסימלית? מה הערך?
- האם הנקודה (5,5) בתחום?
התשובות (לפתוח אחרי שפתרתם)
- הישר הראשון: (0,8) וגם (16,0)
הישר השני: (0,18) וגם (6,0) - (0,8) וגם (6,0) (ובנוסף הראשית O)
- כופלים את הראשונה ב־3 ומחסירים:
5y=30⇒y=6⇒x=4 ← (4,6) - f(6,0)=12 f(4,6)=26 f(0,8)=24
מקסימום: 26, בנקודה (4,6) - 5+2⋅5=15≤16 ✓
3⋅5+5=20>18 ✗ ← לא בתחום
לתרגול: באתר יש 17 שאלות בגרות בתכנון ליניארי, עם פתרון מלא ופתרון וידאו.
מעבר בין השקפים: החלקה בטלפון, או החיצים במקלדת.