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浜松医科大学 国立 浜松医科大学 2011年 第2問
医学部における研究では,いろいろな動物が用いられる.これらの動物を生育して,研究者たちに販売する者の立場から,動物$\mathrm{A}$,$\mathrm{B}$,$\mathrm{C}$を題材にして,以下の問題を考察する.

(1)動物$\mathrm{A}$,$\mathrm{B}$を生育するには,$3$種類の栄養素$p,\ q,\ r$が必要である.生育量(単位$\mathrm{kg}$)と栄養素の量は,ともに実数で示される.
(条件a) $\mathrm{A}$を$x \; \mathrm{kg}$生育するには,$p$が$5x$,$q$が$5x$,$r$が$x$の量,同時に必要である.$\mathrm{A}$の販売価格は$10$万円$/ \mathrm{kg}$である.
(条件b) $\mathrm{B}$を$y \; \mathrm{kg}$生育するには,$p$が$4y$,$q$が$y$,$r$が$2y$の量,同時に必要である.$\mathrm{B}$の販売価格は$5$万円$/ \mathrm{kg}$である.
手持ちの栄養素は今,$p$が$5$,$q$が$4$,$r$が$2$の量であると仮定する.このとき,$\mathrm{A}$,$\mathrm{B}$をそれぞれ何$\mathrm{kg}$生育すれば,販売額が最大となるか.販売額の最大値,およびそのときの$\mathrm{A}$,$\mathrm{B}$の生育量をそれぞれ求めよ.
(2)動物$\mathrm{A}$,$\mathrm{B}$に加えて,動物$\mathrm{C}$も$p,\ q,\ r$の栄養素によって生育できることがわかる.
(条件c) $\mathrm{C}$を$z \; \mathrm{kg}$生育するには,$p$が$2z$,$q$が$3z$,$r$が$z$の量,同時に必要である.$\mathrm{C}$の販売価格は$8$万円$/ \mathrm{kg}$である.
手持ちの栄養素は今,$p$が$5$,$q$が$4$の量であるが,(1)の場合と違って$r$はいくらでも手に入るものと仮定する.次の問い$(ⅰ),\ (ⅱ),\ (ⅲ)$に答えよ.

(i) $\mathrm{C}$の生育量$z \; \mathrm{kg}$は,$\displaystyle z=k \ \left( 0 \leqq k \leqq \frac{11}{10} \right)$として値を固定し,$\mathrm{A}$,$\mathrm{B}$の生育量をそれぞれ$x \; \mathrm{kg}$,$y \; \mathrm{kg}$として変化させる.このとき,点$(x,\ y)$の動く領域$D(k)$を図示せよ.さらに,$(x,\ y)$がこの領域を動くとき,販売額の最大値を$w(k)$とかく.$w(k)$を$k$の式で表せ.
(ii) $\mathrm{C}$の生育量$z=k$を,$\displaystyle 0 \leqq k \leqq \frac{11}{10}$の範囲から$\displaystyle \frac{11}{10} \leqq k \leqq \frac{4}{3}$の範囲に変更する.このとき,点$(x,\ y)$の動く領域$D(k)$および販売額の最大値$w(k)$はどうなるか,調べよ.
(iii) $\mathrm{A}$,$\mathrm{B}$,$\mathrm{C}$をそれぞれ何$\mathrm{kg}$生育すれば,販売額が最大となるか.販売額の最大値,およびそのときの$\mathrm{A}$,$\mathrm{B}$,$\mathrm{C}$の生育量をそれぞれ求めよ.
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