套路

最值给定拆成不等式组加取等

「ff 的最大值是 MM」等价于两句话——**所有点都满足 f⩽Mf\leqslant M**,且**至少有一个点取到 MM**。把它拆开写,含参问题就从「先判最值在哪取到」变成「解一组不等式再挑取等的那一支」,不必分类、不必看图。

病灶:为了求参数,先得知道最值在哪儿取到

含参的最值反问题长这样:目标里带参数 tt,题目给「最大值等于 MM」,反求 tt。

按常规做法要先回答「最大值在哪个点取到」——可这个点本身随 tt 变。于是只能分类讨论, 而分类的边界又要另算一次,一道填空题写成半页纸。

症结在于把「最大值」当成一个需要先定位的点。它不是点,是一句关于全体的话。

拆法

max⁡x∈Df(x)=M  ⟺  ∀x∈D, f(x)⩽M⏟一组不等式 ∧ ∃x0∈D, f(x0)=M⏟取等.\max_{x\in D}f(x)=M \iff \underbrace{\forall x\in D,\ f(x)\leqslant M}_{\text{一组不等式}} \ \wedge\ \underbrace{\exists x_{0}\in D,\ f(x_{0})=M}_{\text{取等}} .

左边那半给出参数的范围,右边那半从范围里挑出具体值。两半都不需要知道最优点在哪。

最小值同理,把 ⩽\leqslant 换成 ⩾\geqslant。

什么时候特别划算

  • DD 是有限个点,或最值必在有限个点上取到。此时「∀x∈D\forall x\in D」退化成有限条不等式, 「∃\exists」退化成有限个等式,整件事就是解一个方程组再筛。 线性规划就是这一档:最值必在顶点取到,顶点只有几个。
  • ff 关于参数是一次的。每条 f(xi)⩽Mf(x_i)\leqslant M 都是关于参数的一次不等式,交起来就是一个区间。

写法(三步)

  1. 列出候选点(线性规划就是顶点),把每个点的目标值写成参数的表达式 f1,…,fmf_1,\dots,f_m;
  2. 写不等式组 f1⩽M,…,fm⩽Mf_1\leqslant M,\dots,f_m\leqslant M,解出参数的范围;
  3. 逐个令 fi=Mf_i=M,把落在第 2 步范围内的解留下——留下的就是全部答案。

第 3 步的「落在范围内」正是常规做法里那句「回代验证它确实是最大值」,只不过这里 它已经被前两步准备好了,不用另想。

常见失手

  • 只写取等,不写不等式。令某个 fi=Mf_i=M 解出参数,就宣布得解——漏了「别的点会不会更大」。 这是这类题的头号错法:解出来的值可能让另一个点的目标值超过 MM。
  • 只写不等式,不写取等。得到的是「最大值不超过 MM」的参数范围,不是「最大值等于 MM」, 范围会偏大。
  • 候选点列漏。有限化那一步依赖一条定理(线性规划里是「最优解在顶点」); 区域无界、或目标非线性时这条定理未必适用,候选点也就不止顶点。
  • 参数使候选点本身移动时不适用。本套路要求候选点与参数无关;若约束里也带参数, 顶点会跟着变,fif_i 就不再是参数的一次函数。

共 1 道题考到本条。