Выгода от сотрудничества
КПВ9–10–11 кл.
В странах Линея и Квадратия могут производиться товары X и Y. КПВ страны Линея имеет вид $y_1 = 280 - 2x_1$. КПВ страны Квадратия имеет вид $y_2 = 252 - x_2^2/7$. В обеих странах товары потребляют только в комплектах. Один комплект состоит из одной единицы товара X и пяти единиц товара Y.
а) (5 баллов) Допустим, страны никак не взаимодействуют друг с другом. Найдите максимально возможное суммарное потребление комплектов в двух странах.
б) (15 баллов) Теперь допустим, что страны могут сотрудничать, то есть договориться о совместной стратегии производства. Найдите максимальное возможное суммарное потребление комплектов в двух странах. На сколько комплектов оно больше, чем в пункте а)? (Подсказка: пункт б) можно решить как с помощью нахождения суммарной КПВ, так и без него.)
а) (5 баллов) Допустим, страны никак не взаимодействуют друг с другом. Найдите максимально возможное суммарное потребление комплектов в двух странах.
б) (15 баллов) Теперь допустим, что страны могут сотрудничать, то есть договориться о совместной стратегии производства. Найдите максимальное возможное суммарное потребление комплектов в двух странах. На сколько комплектов оно больше, чем в пункте а)? (Подсказка: пункт б) можно решить как с помощью нахождения суммарной КПВ, так и без него.)
Решение
а) Из состава комплекта $y = 5x$ в каждой стране. Подставляем в КПВ:
Линея: $5x_1 = 280 - 2x_1 \Rightarrow 7x_1 = 280 \Rightarrow x_1^* = 40$ — 40 комплектов.
Квадратия: $5x_2 = 252 - x_2^2/7 \Rightarrow x_2^2/7 + 5x_2 - 252 = 0$. Положительный корень: $x_2 = \dfrac{-5 + \sqrt{25 + 4\cdot 252/7}}{2/7} = \dfrac{-5 + \sqrt{169}}{2/7} = \dfrac{8}{2/7} = 28$ — 28 комплектов.
Суммарно $40 + 28 = 68$ комплектов.
Ответ: 68 комплектов.
б) Способ 1 (без сложения КПВ). Система ограничений с условием комплектности ($y_1 + y_2 = 5(x_1 + x_2)$):
$5(x_1 + x_2) = (280 - 2x_1) + (252 - x_2^2/7)$, откуда $x_1 = -\dfrac{1}{49}x_2^2 - \dfrac{5}{7}x_2 + 76$.
Число комплектов равно объёму X: $x_1 + x_2 = -\dfrac{1}{49}x_2^2 + \dfrac{2}{7}x_2 + 76$ — парабола ветвями вниз, максимум при $x_2 = \dfrac{-2/7}{-2/49} = 7$. Тогда $x_1 = -\dfrac{1}{49}\cdot 49 - \dfrac{5}{7}\cdot 7 + 76 = 70$.
Оба объёма меньше страновых максимумов, точки лежат на КПВ. Суммарно $70 + 7 = 77$ комплектов — на 9 больше, чем в п. а).
Способ 2 (суммарная КПВ). Альтернативная стоимость X в Линее всегда равна 2, в Квадратии переменна и равна $\tfrac{2}{7}x_2$. При $x_2 < 7$ дешевле производить X в Квадратии, при больших — переключаемся на Линею, в Квадратию возвращаемся, когда возможности Линеи исчерпаны. Это даёт суммарную КПВ из трёх участков; её пересечение с лучом $Y = 5X$ даёт ту же точку.
Ответ: 77 комплектов, на 9 больше, чем в пункте а).
Линея: $5x_1 = 280 - 2x_1 \Rightarrow 7x_1 = 280 \Rightarrow x_1^* = 40$ — 40 комплектов.
Квадратия: $5x_2 = 252 - x_2^2/7 \Rightarrow x_2^2/7 + 5x_2 - 252 = 0$. Положительный корень: $x_2 = \dfrac{-5 + \sqrt{25 + 4\cdot 252/7}}{2/7} = \dfrac{-5 + \sqrt{169}}{2/7} = \dfrac{8}{2/7} = 28$ — 28 комплектов.
Суммарно $40 + 28 = 68$ комплектов.
Ответ: 68 комплектов.
б) Способ 1 (без сложения КПВ). Система ограничений с условием комплектности ($y_1 + y_2 = 5(x_1 + x_2)$):
$5(x_1 + x_2) = (280 - 2x_1) + (252 - x_2^2/7)$, откуда $x_1 = -\dfrac{1}{49}x_2^2 - \dfrac{5}{7}x_2 + 76$.
Число комплектов равно объёму X: $x_1 + x_2 = -\dfrac{1}{49}x_2^2 + \dfrac{2}{7}x_2 + 76$ — парабола ветвями вниз, максимум при $x_2 = \dfrac{-2/7}{-2/49} = 7$. Тогда $x_1 = -\dfrac{1}{49}\cdot 49 - \dfrac{5}{7}\cdot 7 + 76 = 70$.
Оба объёма меньше страновых максимумов, точки лежат на КПВ. Суммарно $70 + 7 = 77$ комплектов — на 9 больше, чем в п. а).
Способ 2 (суммарная КПВ). Альтернативная стоимость X в Линее всегда равна 2, в Квадратии переменна и равна $\tfrac{2}{7}x_2$. При $x_2 < 7$ дешевле производить X в Квадратии, при больших — переключаемся на Линею, в Квадратию возвращаемся, когда возможности Линеи исчерпаны. Это даёт суммарную КПВ из трёх участков; её пересечение с лучом $Y = 5X$ даёт ту же точку.
Ответ: 77 комплектов, на 9 больше, чем в пункте а).
Критерии оценивания
За отсутствие указания на направление ветвей парабол баллы не снижаются. За каждую арифметическую ошибку снимается 1 балл.
а) Всего 5 баллов: по 2 балла — за число комплектов в каждой стране; 1 балл — за суммарное количество.
б) Всего 15 баллов (разбалловка зависит от способа).
Способ 1: корректная запись системы ограничений, допускающая преобразование к максимизируемой функции — 3 балла; преобразование к функции одной переменной ($x_1+x_2$ или $y_1+y_2$) — 5 баллов; максимизация и определение оптимального значения переменной — 4 балла; нахождение производства в другой стране и суммарного количества комплектов — 2 балла; подсчёт изменения числа комплектов — 1 балл.
Способ 2: наблюдение о разнонаправленных альтернативных стоимостях и порядке специализации — 4 балла (или 2 балла за более общую мысль о неполной специализации; при построении суммарной КПВ через задачу максимизации $Y$ при данном $X$ — по 1 баллу за постановку и за верное решение на каждом из участков); построение суммарной КПВ — по 2 балла за каждый из трёх участков; нахождение точки пересечения КПВ с лучом комплектности и проверка принадлежности нужному участку — 2 балла (1 балл, если точка не на КПВ); подсчёт изменения числа комплектов — 1 балл.
а) Всего 5 баллов: по 2 балла — за число комплектов в каждой стране; 1 балл — за суммарное количество.
б) Всего 15 баллов (разбалловка зависит от способа).
Способ 1: корректная запись системы ограничений, допускающая преобразование к максимизируемой функции — 3 балла; преобразование к функции одной переменной ($x_1+x_2$ или $y_1+y_2$) — 5 баллов; максимизация и определение оптимального значения переменной — 4 балла; нахождение производства в другой стране и суммарного количества комплектов — 2 балла; подсчёт изменения числа комплектов — 1 балл.
Способ 2: наблюдение о разнонаправленных альтернативных стоимостях и порядке специализации — 4 балла (или 2 балла за более общую мысль о неполной специализации; при построении суммарной КПВ через задачу максимизации $Y$ при данном $X$ — по 1 баллу за постановку и за верное решение на каждом из участков); построение суммарной КПВ — по 2 балла за каждый из трёх участков; нахождение точки пересечения КПВ с лучом комплектности и проверка принадлежности нужному участку — 2 балла (1 балл, если точка не на КПВ); подсчёт изменения числа комплектов — 1 балл.