三、解答题
20.(本小题满分14分)
对1个单位质量的含污物体进行清洗,清洗前其清洁度(含污物体的清洁度定义为:
1-)为0.8,要求洗完后的清洁度是0.99.有两种方案可供选择,方案
甲:一次清洗;方案乙:分两次清洗.该物体初次清洗后受残留水等因素影响,其
质量变为a(1≤a≤3).设用x单位质量的水初次清洗后的清洁度是(x>a-1),用
y单位质量的水第二次清洗后的清洁度是,其中c(0.8<c<0.99)是该物体初次清
洗后的清洁度.
(Ⅰ)分别求出方案甲以及c=0.95时方案乙的用水量,并比较哪一种方案用水量较少;
(Ⅱ)若采用方案乙,当a为某定值时,如何安排初次与第二次清洗的用水量,使总用水
量最少?并讨论a取不同数值时对最少总用水量多少的影响.
解 (Ⅰ)设方案甲与方案乙的用水量分别为x与z,由题设有=0.99,解得x=19.
由c=0.95得方案乙初次用水量为3,第二次用水量y满足方程=0.99,解得y=4a,故z=4a+3.
即两种方案的用水量分别为19与4a+3.
因为当1≤a≤3时,x-z=4(4-a)>0,即x>z.
故方案乙的用水量较少.
(Ⅱ)设初次与第二次清洗的用水量分别为x与y,类似(Ⅰ)得
x=,y=a(99-100c) (*)
于是x+y=+a(99-100c)=+100a(1-c)-a-1.
当a为定值时,x+y≥2-a-1=-a+4-1.
当且仅当=100a(1-c)时等号成立.此时c=1+(不合题意,舍去)
或c=1-∈(0.8,0.99).
将c=1-代入(*)式得x=2-1>a-1,y=2-a.
故c=1-时总用水量最小,此时第一次与第二次用水量分别为2-1与2-a,最少总用水量是T(a)=-a+4-1.
当1≤a≤3时,T′(a)=-1>0,故T(a)是增函数(也可以用二次函数的单调性判断).这说明,随着a的值的增加,最少总用水量增加.
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