从A、B两水库向甲、乙两地调水,其中甲地需水15万吨,乙地需水13万吨,A、B两水库各可调出水14万吨.从A地到甲地50千米,到乙地30千米;从B地到甲地60千米,到乙地45千米.设计一个调运方案使水的调运量(单位:万吨•千米)尽可能小.

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完整解法

1. 用单一变量表示各个运输量,并确定其取值范围

设从A水库向甲地调水 xx 万吨,其中 x≥0x \ge 0。
因为A水库可调出水14万吨,所以从A水库向乙地调水 (14−x)(14-x) 万吨,需满足 14−x≥0  ⟹  x≤1414-x \ge 0 \implies x \le 14。
因为甲地共需水15万吨,所以从B水库向甲地调水 (15−x)(15-x) 万吨,需满足 15−x≥0  ⟹  x≤1515-x \ge 0 \implies x \le 15。
因为乙地共需水13万吨,所以从B水库向乙地调水 13−(14−x)=(x−1)13 - (14-x) = (x-1) 万吨,需满足 x−1≥0  ⟹  x≥1x-1 \ge 0 \implies x \ge 1。
综上所述,自变量 xx 的取值范围为 1≤x≤141 \le x \le 14。

2. 建立总调运量关于 $x$ 的函数关系式

设总调运量为 yy(万吨·千米),根据“调运量 = 调运吨数 ×\times 调运路程”可得:
y=50x+30(14−x)+60(15−x)+45(x−1)y = 50x + 30(14-x) + 60(15-x) + 45(x-1)
化简整理得:
y=50x+420−30x+900−60x+45x−45y = 50x + 420 - 30x + 900 - 60x + 45x - 45
y=5x+1275(1≤x≤14)y = 5x + 1275 \quad (1 \le x \le 14)
因此,总调运量 yy 是关于 xx 的一次函数。

3. 利用一次函数的单调性求解最小值及最优方案

在一次函数 y=5x+1275y = 5x + 1275 中,因为斜率 k=5>0k = 5 > 0,所以 yy 随 xx 的增大而增大,即函数在区间 [1,14][1, 14] 上单调递增。
因此,当 x=1x = 1 时,调运量 yy 取得最小值:
ymin⁡=5×1+1275=1280(万吨\cdotp千米)y_{\min} = 5 \times 1 + 1275 = 1280 \text{(万吨·千米)}
此时对应的调水方案为:

  • 从A水库向甲地调水 11 万吨,向乙地调水 14−1=1314 - 1 = 13 万吨;
  • 从B水库向甲地调水 15−1=1415 - 1 = 14 万吨,向乙地调水 1−1=01 - 1 = 0 万吨。
答案

从A水库向甲地调水1万吨,向乙地调水13万吨;从B水库向甲地调水14万吨,向乙地调水0万吨。此时调运量最小,最小调运量为1280万吨·千米。

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