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#10076

输水管铺设·分段选管

题目

从水源依次向三个用户 P₁、P₂、P₃ 铺设一条总长 300 米的水管,水源到 P₁ 100 米、P₁ 到 P₂ 100 米、P₂ 到 P₃ 100 米。

三个用户每秒分别取水 30、20、10 升(即流量)。管道有三种规格:

  • 粗管:最大流量 80 升/秒,每米 80 元

  • 中管:最大流量 40 升/秒,每米 50 元

  • 细管:最大流量 15 升/秒,每米 20 元

同一段管道只能用同一种规格;若某段管道流量超过所选规格的上限就不够用。

请为三段管道各选一种规格,使总费用最低。最低总费用是多少元?

解法

  1. 分析:每一段管道承担的水量,等于该段之后所有用户取水量之和,因为水从水源端进入、依次在每个用户处分流。各段应选能承担该段流量的最便宜规格。

  2. 第 1 段(水源→P₁):下游总需水 = 30 + 20 + 10 = 60 L/s。粗管(≤80)可行,中管(≤40)不够,细管(≤15)不够。只能选粗管。费用 = 100 × 80 = 8000 元。

  3. 第 2 段(P₁→P₂):下游总需水 = 20 + 10 = 30 L/s。粗管可行(贵)、中管 40 ≥ 30 可行、细管 15 < 30 不可。最便宜为中管。费用 = 100 × 50 = 5000 元。

  4. 第 3 段(P₂→P₃):下游总需水 = 10 L/s。细管 15 ≥ 10 即可。最便宜为细管。费用 = 100 × 20 = 2000 元。

  5. 总费用 = 8000 + 5000 + 2000 = 15000 元。

    第 1 段流量 60
    =粗管 100 × 80 = 8000
    第 2 段流量 30
    =中管 100 × 50 = 5000
    第 3 段流量 10
    =细管 100 × 20 = 2000
    合计 (最优)
    =8000 + 5000 + 2000 = 15000

练一练

在上题规格与单价不变的条件下,若三段长度分别改为 80 m、120 m、100 m,三位用户每秒取水量仍为 30、20、10 升,最低总费用是多少元?

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