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课堂习题:聚灵阵的性价比优化
题目:
修士小林手中有100块標准下品灵石。他有两种使用方案:
方案a(直接吸收):每块灵石直接提供 1单位灵能。
方案b(布阵后吸收):
1.先购买制式聚灵阵旗(每面售价 10块灵石)。
2.使用 n面阵旗布阵后,阵法范围內灵气浓度提升倍数为:
q(n)= 1 + ln(1 + n/2)(ln为自然对数)
3.在阵內吸收灵石时,每块灵石的灵能產出將提升 q(n)倍。
假设阵法持续时间足够吸收所有剩余灵石,且小林决定:
1先购买 n面阵旗(n为整数,0≤ n≤ 10)
2將剩余灵石全部在聚灵阵內吸收
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请回答:
(1)写出小林总共获得的灵能 e(n)的表达式。
(2)求 e(n)的最大值,並指出应购买多少面阵旗。
(参考数据:ln2≈0.6931,ln3≈1.0986)
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题目一出,教室里安静了片刻,隨即响起笔尖划纸的沙沙声——学生们开始抄题。
陈老师拍了拍手上的粉笔灰:“都抄完了吧?这道题看起来是数学题,但核心是修行资源的优化配置。谁来说说,解题的关键在哪里?”
几只手举了起来。
“郑良。”
郑良推了推並不存在的眼镜——在修行普及的当下,近视已不是问题,这只是他思考时的习惯动作:“关键是权衡!每买一面阵旗,就少了10块灵石能直接吸收,但阵旗能提升剩余灵石的吸收效率。我们需要在『买旗的消耗』和『效率的提升』之间找到平衡点——就是边际收益等於边际成本的那个点!”
“很好,抓住了经济学核心概念。”陈老师点头,“虽然我们叫《灵算学》,但很多思想来自经济学、运筹学。坐下。”
他转身在黑板上写下第一步推导:
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第一步:建立模型(表达式推导)
“我们先明確几个量。”陈老师边写边说:
1.购买 n面阵旗→花费 10n灵石
2.剩余灵石数量:100 - 10n(块)
3.每块灵石在阵內產出:q(n)= 1 + ln(1 + n/2)(单位灵能)
“那么总灵能 e(n)是多少?”
林沄晧被点名站了起来。他稍作思考,用清晰但不过分流畅的语调回答:“总灵能等於剩余灵石数量乘以每块灵石的產出。所以 e(n)=(100 - 10n)x[1 + ln(1 + n/2)]。”
“完全正確。”陈老师示意他坐下,在黑板上写下这个表达式,“模型建好了。接下来就是求解——n取何值时,e(n)最大?”
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第二步:求解最优解(枚举法)
“n是整数,范围是0到10。”陈老师说,“最稳妥的方法是枚举——把每个n代进去算一遍,比大小。”
他在黑板上列出计算过程:
```
n=0:e(0)= 100x[1 + ln(1)]= 100x 1 = 100.000
n=1:e(1)= 90x[1 + ln(1.5)]≈ 90x 1.4055 = 126.495
n=2:e(2)= 80x[1 + ln(2)]≈ 80x 1.6931 = 135.448←目前最大
n=3:e(3)= 70x[1 + ln(2.5)]≈ 70x 1.9163 = 134.141←开始下降!
n=4:e(4)= 60x[1 + ln(3)]≈ 60x 2.0986 = 125.916
...(后续继续下降)
```
“看,n=2时e值最大。”陈老师用红粉笔圈出135.448这个数字,“所以最优决策是:购买2面阵旗,花费20灵石,剩余80灵石在阵內吸收。总灵能约135.45单位,比直接吸收(100单位)提升35.45%。”
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课堂反应与思考
郑良眼睛发亮,已经在本子上演算起衍生问题,忍不住提问道:“老师!如果阵旗可以重复使用,成本该怎么分摊?还有