设变量$x,y$满足约束条件$$\begin{cases} y-1\geqslant 0,\\x+y-4\leqslant 0,\\y-1\leqslant k(x-1),\end{cases}$$其中$k\in\mathcal{R}$,$k>0$.
(1)当$k=1$时,$\dfrac {y}{x^2}$的最大值为____;
(2)若$\dfrac {y}{x^2}$的最大值为$1$,则实数$k$的取值范围是____.
正确答案是(1)$1$;(2)$(0,2]$.
解 对于规划问题,关键是分析可行域与目标函数.
首先看可行域,在本题中,可行域是一个三角形,$A(1,1),B(3,1)$是它的两个固定的顶点,另外一个顶点$C$随着$k$的变化而变化.
下面来看目标函数,$\dfrac {y}{x^2}$有什么意义呢?记$m=\dfrac {y}{x^2}$,则$y=mx^2,m>0$表示以$y$轴为对称轴、开口向上的抛物线,当$m$的值增大时,抛物线$y=mx^2$离$y$轴的距离越来越近,如下图:
于是我们得到,当$k=1$时,$\dfrac {y}{x^2}$的最大值为$1$;
如果$\dfrac {y}{x^2}$的最大值为$1$,说明$\triangle ABC$中所有的点都在抛物线的外部(指抛物线不包含焦点的部分),如图:
这就需要直线$AC$的斜率$k$不超过抛物线$y=x^2$在点$A(1,1)$处的切线的斜率$y'|_{x=1}=2$,从而得到$k\in(0,2]$.