Смеси и сплавы с оптимизацией

Содержание

Смеси и сплавы с оптимизацией (Задание 17)

Три раствора, три корма, три сплава - и требование получить смесь заданной массы с заданной долей главного вещества. Способов смешать бесконечно много, и они различаются побочным компонентом: примесью, жиром, никелем. Задание 17 просит найти рецептуру, при которой побочного вещества будет меньше всего (или указать, в каких пределах оно может меняться). Производная здесь не нужна ни разу - всё решает алгебра.

Модель: три компонента и два баланса

Три исходных материала и один сосуд для смеси

Отрезок допустимых рецептур

Отрезок допустимых рецептур на числовой прямой

Почему производная не нужна

График массы примеси как линейной функции на отрезке

Алгоритм

Примеры решения

Пример 1. Наименьшая примесь в растворе

Условие: На складе есть три раствора одного и того же реактива. Первый содержит 20%20\% кислоты и 10%10\% вредной примеси, второй - 50%50\% кислоты и 30%30\% примеси, третий - 60%60\% кислоты и 20%20\% примеси (остальное в каждом растворе - вода). Из этих растворов нужно приготовить 2020 кг смеси, содержащей ровно 40%40\% кислоты. Какова наименьшая возможная масса примеси в полученной смеси и как для этого следует смешать растворы?

Пример 2. Наименьший жир в кормовой смеси

Условие: Кормовая смесь готовится из трёх видов корма. Первый содержит 15%15\% белка и 7%7\% жира, второй - 25%25\% белка и 6%6\% жира, третий - 45%45\% белка и 10%10\% жира. Нужно приготовить 400400 кг смеси, в которой белок составляет ровно 35%35\%. Какое наименьшее количество жира может содержаться в такой смеси и как для этого следует смешать корма?

Пример 3. В каких пределах может меняться примесь

Условие: В мастерской есть три сплава серебра. Первый содержит 20%20\% серебра и 10%10\% никеля, второй - 40%40\% серебра и 2%2\% никеля, третий - 60%60\% серебра и 8%8\% никеля (остальное в каждом сплаве - медь). Из этих сплавов нужно получить 4040 кг сплава, содержащего ровно 50%50\% серебра. В каких пределах может меняться масса никеля в полученном сплаве?

Диапазон массы никеля и две крайние рецептуры

Как оформить решение на 2 балла

Критерии ФИПИ для задания 17: 22 балла - обоснованно получен верный ответ; 11 балл - последовательность всех шагов верна, но допущена вычислительная ошибка; 00 - в остальных случаях. Отсутствие производной здесь ничего не отнимает: обоснованием служит слово «линейная» плюс знак коэффициента. В чистовике должны стоять шесть пунктов.

  1. Переменные и их смысл: «пусть xx, yy, zz - массы первого, второго и третьего растворов в килограммах».
  2. Два уравнения баланса с посчитанными числами в правых частях.
  3. Все три массы как функции одной переменной: x(z)x(z), y(z)y(z), zz.
  4. Отрезок допустимых значений с указанием, какое неравенство дало каждый конец.
  5. Целевая функция в виде kz+ckz + c и вывод: линейна, возрастает или убывает, поэтому экстремум - в таком-то конце.
  6. Ответ в терминах задачи: масса побочного вещества с единицами и рецептура (сколько чего взять, что не брать вовсе).

Частые ошибки

Проверь себя
  1. Три материала, задана масса смеси и доля главного вещества. Сколько остаётся свободных переменных?
  2. Масса примеси оказалась равна m(z)=0,06z+20m(z) = 0{,}06z + 20 на отрезке [200; 260][200;\ 260]. Где наименьшее значение?
  3. Что даёт условие y⩾0y \geqslant 0?
  4. Почему в оптимальной смеси один из материалов обычно не используется?
  5. Целевая функция получилась m(z)=12m(z) = 12 - без zz. Что это значит?