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导数的实际应用:利润问题、面积与体积问题、成本问题专项训练
导数的实际应用:利润问题、面积与体积问题、成本问题专项训练
考点目录
利润问题
面积与体积问题
成本问题
考点一 利润问题
例1.(24-25高二下·福建厦门·月考)某商场销售某种商品的经验表明,该商品每日的销售量y(单位:千克)与销售价格x(单位:元/千克,)满足:当时,,(为常数);当时,.已知当销售价格为2元/千克时,每日可销售出该商品800千克;当销售价格为3元/千克时,每日可售出150千克.
(1)求的值,并确定y关于x的函数解析式;
(2)若该商品的销售成本为1元/千克,试确定销售价格x的值,使店铺每日销售该商品所获利润最大.
例2.(25-26高二上·湖南邵阳·期末)春节是中国民间最隆重的最富有特色的传统节日之一,一般从腊八或者小年开始,到元宵节都叫过年.在此,提前祝各位新年快乐!为了庆祝2026年春节,火某镇的某商场销售经理进行调研,发现了销售某一种商品的经验,该商品每日的销售量(千克)与销售价格(元/千克)满足关系式,其中,是常量.已知销售价格为5元/千克时,每日可销售出该商品11千克.
(1)求实数的值;
(2)若该商品的成本为3元/千克,试确定销售价格的值,使该商场每日销售该商品所获得的利润最大,并求出最大值.
例3.(25-26高三上·上海·期中)某工厂某种产品的年固定成本为300万元,每生产件,需另投入成本为(万元),当年产量不足80件时,(万元);当年产量不小于80件时,(万元).每件产品售价为50万元,通过市场分析,该厂生产的产品能全部售完.
(1)写出年利润(万元)关于年产量(件)的函数解析式;
(2)年产量为多少时,该厂在这一产品的生产中所获利润最大?
变式1.(24-25高二下·安徽·月考)某商场在“五一”劳动节期间,要对某商品进行调价,已知该商品的每日销售量y(单位:)与销售价格x(单位:百元/)满足,其中,该商品的成本为1百元/.
(1)将该商场每日销售该商品所获利润表示为销售价格x的函数;
(2)当每日销售该商品所获利润最大和最小时,销售价格分别是多少?(参考数据:)
变式2.(24-25高二下·上海松江·月考)某公司生产的某批产品的销售量x万件(生产量与销售量相等),,已知生产该批产品共需投入成本万元,产品的销售价格定为元/件.
(1)将该产品的利润y万元表示为销售量x万元的函数;
(2)当销售量x投入多少时,该公司的利润最大,最大值多少?
变式3.(24-25高二下·江西赣州·月考)某商店经销一种商品,每件产品的成本为30元,并且每卖出一件产品需向税务部门上交a元(a为常数,)的税收.设每件产品的售价为x元,根据市场调查,日销售量与(e为自然对数的底数)成反比.已知每件产品的售价为40元时,日销售量为10件.
(1)求该商店的日利润元与每件产品的日售价x元的函数关系式;
(2)当每件产品的售价为多少元时,该商品的日利润最大,并求出的最大值.
考点二 面积与体积问题
例1.(25-26高二上·上海·期末)如图所示,置于水平桌面的正四棱柱为内壁厚度忽略不计的有底且无盖容器,其高为,底面四边形是边长等于的正方形,容器内有液体,液面高度恰为2.由制作工艺的限制,满足.
(1)当时,求容器的容积和液体体积;
(2)在满足题意的条件下,求的取值范围,并请问当为何值时,容器的容积可达最大?
(3)当时,将该容器绕着逆时针旋转,设平面和水平面所成的锐二面角的大小为,若液体在旋转过程中总不溢出,求的取值范围.
例2.(25-26高三上·广东汕尾·月考)(1)已知点是曲线上的一点,且点的横坐标是1,求曲线在点处的切线方程.
(2)将一个边长为12的正方形铁片的四角截去四个边长均为的小正方形,做成一个容积为的无盖方盒,求无盖方盒的容积的最大值及此时小正方形边长的值.
例3.(25-26高二上·江苏宿迁·期末)某饮料公司计划生产一种容积为500mL的圆柱形易拉罐,其侧面的制造成本为1元/平方厘米,罐顶和罐底的制造成本为2元/平方厘米.设易拉罐底面半径为厘米,高为厘米,制造总成本为元.(立方厘米)
(1)求的表达式;
(2)当易拉罐总制造成本最低时,求底面半径与高的比值.
变式1.(24-25高二下·广东汕头·月考)如图所示,ABCD是边长为40cm的正方形硬纸片,切去阴影部分所示的四个全等的等腰直角三角形,再沿虚线折起,使得四个点重合于点P,正好形成一个正四棱柱形状的包装盒,E、F在AB上是被切去的等腰直角三角形斜边的两个端点,设.
(1)若广告商要求包装盒侧面积S(cm)最大,试问x应取何值?
(2)若广告商要求包装盒容积V(cm)最大,试问x应取何值?并求出此时包装盒的高与底面边长的比值.
变式2.(24-25高二下·广西南宁·月考)某企业拟建造如图所示的容器(不计厚度,长度单位:米),其中容器的中间为圆柱形,左右两端均为半球形,按照设计要求,容器的容积为立方米,且.假设该容器的建造费用仅与其表面积有关.已知圆柱形部分每平方米建造费用为3千元,半球形部分每平方米建造费用为千元,设该容器的建造费用为千元.
(1)写出关于的函数表达式,并求该函数的定义域;
(2)求该容器的建造费用最小时的.
变式3.(24-25高三上·北京·月考)现有一张长为40cm,宽为30cm的长方形铁皮,准备用它做成一只无盖长方体铁皮盒,要求材料利用率为,不考虑焊接处损失.如图,在长方形的一个角剪下一块正方形铁皮,作为铁皮盒的底面,用余下材料剪拼后作为铁皮盒的侧面,设长方体的底面边长为xcm,高为ycm,体积为.
(1)求出y关于x的函数解析式;
(2)求该铁皮盒体积的最大值.
考点三 成本问题
例1.(25-26高二上·上海·期中)甲、乙两地相距千米,汽车从甲地匀速驶向乙地,速度不得超过千米/小时.已知汽车每小时的运输成本(以元为单位)由可变部分和固定部分组成:可变部分与速度(千米/小时)的立方成正比,比例系数为,固定部分为.
(1)把全部运输成本元表示为速度(千米/小时)的函数,并指出这个函数的定义域;
(2)为了使全部运输成本最小,汽车应以多大速度行驶?
例2.(24-25高二下·江苏南京·月考)甲、乙两地相距1000千米,汽车从甲地匀速驶向乙地,速度不得超过120千米/小时.已知汽车每小时的运输成本(以元为单位)由可变部分和固定部分组成:可变部分与速度v(千米/小时)的立方成正比,比例系数为,固定部分为a(a>0).
(1)把全部运输成本y元表示为速度v(千米/小时)的函数,并指出这个函数的定义域;
(2)为了使全部运输成本最小,汽车应以多大速度行驶?
例3.(24-25高二下·江苏无锡·期中)某市有一特色酒店由10座完全相同的帐篷构成(如图1).每座帐篷的体积为 m3,且分上下两层,其中上层是半径为r()(单位:m)的半球体,下层是半径为r m,高为h m的圆柱体(如图2).经测算,上层半球体部分每平方米建造费用为2千元,下方圆柱体的侧面、隔层和地面三个部分平均每平方米建造费用为3千元,设所有帐篷的总建造费用为y千元.(提示:球体积公式:)
(1)求y关于r的函数解析式,并指出该函数的定义域;
(2)当半径r为何值时,所有帐篷的总建造费用最小,并求出最小值.
变式1.(24-25高二下·重庆·月考)2023年我国汽车出口跃居世界首位.整车出口491万辆,同比增长.作为中国外贸“新三样”之一,新能源汽车成为出口增长新动能.已知某款新能源汽车在匀速行驶状态下每千米的耗电量(单位:)与速度(单位:)在的函数关系为.假设电价是1元.
(1)当车速为多少时,车辆每千米的耗电量最低?
(2)已知司机的工资与开车时间成正比例关系,若总费用=电费+司机的工资,甲地到乙地的距离为,最经济的车速是,则司机每小时的工资为多少元?
变式2.(24-25高二下·上海奉贤·月考)学校要建造一个面积为10000平方米的运动场. 如图,运动场由一个矩形和分别以、为直径的两个半圆组成. 跑道是一条宽8米的塑胶跑道,运动场除跑道外,其它地方均铺设草皮. 已知塑胶跑道每平方米造价为150元,草皮每平方米造价为30元.
(1)设半圆的半径(米),试建立塑胶跑道面积与的函数关系式;
(2)由于条件限制,问当取何值时,运动场造价最低?(精确到元).
变式3.(24-25高二下·福建福州·月考)福州某公园有一个半圆形荷花池(如图所示),为了让游客深入花丛中体验荷花美景,公园管理处计划在半圆形荷花池中设计栈道观景台和栈道、、、,观景台在半圆形的中轴线上(如图,与直径垂直,与不重合),通过栈道把荷花池连接起来,使人行其中有置身花海之感.已知米,,栈道总长度为.
(1)求关于的函数关系式.
(2)若栈道的造价为每米千元,问:栈道长度是多少时,栈道的建设费用最小?并求出该最小值.
2
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考点目录
利润问题
面积与体积问题
成本问题
考点一 利润问题
例1.(24-25高二下·福建厦门·月考)某商场销售某种商品的经验表明,该商品每日的销售量y(单位:千克)与销售价格x(单位:元/千克,)满足:当时,,(为常数);当时,.已知当销售价格为2元/千克时,每日可销售出该商品800千克;当销售价格为3元/千克时,每日可售出150千克.
(1)求的值,并确定y关于x的函数解析式;
(2)若该商品的销售成本为1元/千克,试确定销售价格x的值,使店铺每日销售该商品所获利润最大.
【答案】(1),,
(2)销售价格元时,利润最大.
【详解】(1)由题意可知时,,所以,
又当时,,所以,
解得,可得,
所以.
(2)由题意:,
当时,,
则,
则令,解得,令,解得或,
所以在上递增,在上递减,
因为,
所以当时有最大值,且;
当时,,
当且仅当,即时取等号,
所以时有最大值,因为,
所以当时,有最大值1840,即当销售价格为5.3元/千克时,店铺所获利润最大.
例2.(25-26高二上·湖南邵阳·期末)春节是中国民间最隆重的最富有特色的传统节日之一,一般从腊八或者小年开始,到元宵节都叫过年.在此,提前祝各位新年快乐!为了庆祝2026年春节,火某镇的某商场销售经理进行调研,发现了销售某一种商品的经验,该商品每日的销售量(千克)与销售价格(元/千克)满足关系式,其中,是常量.已知销售价格为5元/千克时,每日可销售出该商品11千克.
(1)求实数的值;
(2)若该商品的成本为3元/千克,试确定销售价格的值,使该商场每日销售该商品所获得的利润最大,并求出最大值.
【答案】(1)
(2)4元/千克,最大值为42元
【详解】(1)∵当时,,
∴由函数式,
得.
(2)由(1)知该商品每日的销售量,
∴商场每日销售该商品所获得的利润为,
,
.
令,得,
当时,,函数在上单调递增;
当时,,函数在上单调递减.
∴当时,函数取得最大值,
∴当销售价格为4元/千克时,商场每日销售该商品所获得的利润最大,最大值为42元.
例3.(25-26高三上·上海·期中)某工厂某种产品的年固定成本为300万元,每生产件,需另投入成本为(万元),当年产量不足80件时,(万元);当年产量不小于80件时,(万元).每件产品售价为50万元,通过市场分析,该厂生产的产品能全部售完.
(1)写出年利润(万元)关于年产量(件)的函数解析式;
(2)年产量为多少时,该厂在这一产品的生产中所获利润最大?
【答案】(1),其中
(2)100件
【详解】(1)当时,
;
当时,
,
所以,其中.
(2)当时,
当时,取得最大值900万元;
当时,
,
当且仅当,即时,
取得最大值950万元,
所以当产量为100件时,该厂在这一商品中所获利润最大,最大利润为950万元
变式1.(24-25高二下·安徽·月考)某商场在“五一”劳动节期间,要对某商品进行调价,已知该商品的每日销售量y(单位:)与销售价格x(单位:百元/)满足,其中,该商品的成本为1百元/.
(1)将该商场每日销售该商品所获利润表示为销售价格x的函数;
(2)当每日销售该商品所获利润最大和最小时,销售价格分别是多少?(参考数据:)
【答案】(1),()
(2)当销售单价(百元)时,利润最大;当销售单价(百元)时,利润最小.
【详解】(1)由题意:,().
(2)因为,().
设,().
则,因为,所以.
所以函数在上单调递增.
又,,
又
当时,,所以,所以在上单调递减;
当时,,所以,所以在上单调递增.
又,
,
.
所以当销售单价(百元)时,利润最大;当销售单价(百元)时,利润最小.
变式2.(24-25高二下·上海松江·月考)某公司生产的某批产品的销售量x万件(生产量与销售量相等),,已知生产该批产品共需投入成本万元,产品的销售价格定为元/件.
(1)将该产品的利润y万元表示为销售量x万元的函数;
(2)当销售量x投入多少时,该公司的利润最大,最大值多少?
【答案】(1)
(2)当时,利润最大,最大为520万元
【详解】(1)由题意知,
,
.
(2),
当时,,函数单调递增;
当时,,函数单调递减,
则当时,利润最大,最大为520万元.
变式3.(24-25高二下·江西赣州·月考)某商店经销一种商品,每件产品的成本为30元,并且每卖出一件产品需向税务部门上交a元(a为常数,)的税收.设每件产品的售价为x元,根据市场调查,日销售量与(e为自然对数的底数)成反比.已知每件产品的售价为40元时,日销售量为10件.
(1)求该商店的日利润元与每件产品的日售价x元的函数关系式;
(2)当每件产品的售价为多少元时,该商品的日利润最大,并求出的最大值.
【答案】(1)
(2)答案见解析
【详解】(1)设日销售量为,则,
则,且日销售量为件,
所以日利润,.
(2)由(1)得,则.
因为,则,
①当时,则,
当时,,在内单调递减.
可知当时,取最大值,最大值为;
②当时,,
令,解得;令,解得;
可知在内单调递减,在内单调递增,
则当时,取最大值,最大值为.
综上所述:.
考点二 面积与体积问题
例1.(25-26高二上·上海·期末)如图所示,置于水平桌面的正四棱柱为内壁厚度忽略不计的有底且无盖容器,其高为,底面四边形是边长等于的正方形,容器内有液体,液面高度恰为2.由制作工艺的限制,满足.
(1)当时,求容器的容积和液体体积;
(2)在满足题意的条件下,求的取值范围,并请问当为何值时,容器的容积可达最大?
(3)当时,将该容器绕着逆时针旋转,设平面和水平面所成的锐二面角的大小为,若液体在旋转过程中总不溢出,求的取值范围.
【答案】(1)48, 32
(2)72
(3)
【详解】(1)当时,
容器的容积,液体体积.
(2).
由于液面的高度为2,故容器的高度,即,,又.
的取值范围是.
此时容器的容积.
,令,即,解得或.
又,,即在上单调递增.
.
(3)当时,由得,液体体积.
当液面与水平面平行时,此时有最大值.过作交于点.
设,则,液体的体积,解得.
,,.
故的取值范围是.
例2.(25-26高三上·广东汕尾·月考)(1)已知点是曲线上的一点,且点的横坐标是1,求曲线在点处的切线方程.
(2)将一个边长为12的正方形铁片的四角截去四个边长均为的小正方形,做成一个容积为的无盖方盒,求无盖方盒的容积的最大值及此时小正方形边长的值.
【答案】(1);(2)最大值为128,
【详解】(1);
当时,;
即可得点处的切线方程为,
即.
(2)依题意,无盖方盒的底面正方形边长为,高为,显然,
所以方盒的容积
求导得,
当时,,当时,,
函数在上单调递增,在上单调递减,
因此当时,,
所以无盖方盒的容积的最大值为128,此时
例3.(25-26高二上·江苏宿迁·期末)某饮料公司计划生产一种容积为500mL的圆柱形易拉罐,其侧面的制造成本为1元/平方厘米,罐顶和罐底的制造成本为2元/平方厘米.设易拉罐底面半径为厘米,高为厘米,制造总成本为元.(立方厘米)
(1)求的表达式;
(2)当易拉罐总制造成本最低时,求底面半径与高的比值.
【答案】(1)
(2).
【详解】(1)由题意得:,则,
总成本函数为.
所以.
(2)因为,
.
令得,
当时,,单调递减,
当时,,单调递增;
所以当时函数有极小值也是最小值为.
此时,则.
答:使得易拉罐总制造成本最低时的底面半径r和高h的比值为.
变式1.(24-25高二下·广东汕头·月考)如图所示,ABCD是边长为40cm的正方形硬纸片,切去阴影部分所示的四个全等的等腰直角三角形,再沿虚线折起,使得四个点重合于点P,正好形成一个正四棱柱形状的包装盒,E、F在AB上是被切去的等腰直角三角形斜边的两个端点,设.
(1)若广告商要求包装盒侧面积S(cm)最大,试问x应取何值?
(2)若广告商要求包装盒容积V(cm)最大,试问x应取何值?并求出此时包装盒的高与底面边长的比值.
【答案】(1)
(2),
【详解】(1)设包装盒的底面边长为,高为,
则由题意可得,,,其中,
所以,
因此,当时,取得最大值;
(2)根据题意,由(1)有,
所以,
由得,(舍)或,
当时,,函数单调递增;
当时,,函数单调递减;
所以当时,函数取得极大值,也是最大值;
此时包装盒的高与底面边长的比值.
变式2.(24-25高二下·广西南宁·月考)某企业拟建造如图所示的容器(不计厚度,长度单位:米),其中容器的中间为圆柱形,左右两端均为半球形,按照设计要求,容器的容积为立方米,且.假设该容器的建造费用仅与其表面积有关.已知圆柱形部分每平方米建造费用为3千元,半球形部分每平方米建造费用为千元,设该容器的建造费用为千元.
(1)写出关于的函数表达式,并求该函数的定义域;
(2)求该容器的建造费用最小时的.
【答案】(1),定义域为
(2)答案见解析
【详解】(1)设容器的容积为,由题意知,
故,由于,
因此,整理得,
所以建造费用.
因此,定义域为.
(2)由(1)得,
由于,所以,
当时,.
令,则,
所以.
①当,即时,当时,;
当时,;当时,,
则函数在上单调递减,在上单调递增,
所以是函数的极小值点,也是最小值点.
②当,即时,
当时,,函数在上单调递减,
所以是函数的最小值点.
综上所述,当,建造费用最小时;
当,建造费用最小时.
变式3.(24-25高三上·北京·月考)现有一张长为40cm,宽为30cm的长方形铁皮,准备用它做成一只无盖长方体铁皮盒,要求材料利用率为,不考虑焊接处损失.如图,在长方形的一个角剪下一块正方形铁皮,作为铁皮盒的底面,用余下材料剪拼后作为铁皮盒的侧面,设长方体的底面边长为xcm,高为ycm,体积为.
(1)求出y关于x的函数解析式;
(2)求该铁皮盒体积的最大值.
【答案】(1),;
(2)
【详解】(1)因为材料利用率为,由题意可得,即;
因为长方形铁皮长为40,宽为30,故,
综上,,;
(2)铁皮盒体积,
,令,得
的变化情况如下:
20
+
0
-
则在上为增函数,在上为减函数,
则当时,取最大值,最大值为.
考点三 成本问题
例1.(25-26高二上·上海·期中)甲、乙两地相距千米,汽车从甲地匀速驶向乙地,速度不得超过千米/小时.已知汽车每小时的运输成本(以元为单位)由可变部分和固定部分组成:可变部分与速度(千米/小时)的立方成正比,比例系数为,固定部分为.
(1)把全部运输成本元表示为速度(千米/小时)的函数,并指出这个函数的定义域;
(2)为了使全部运输成本最小,汽车应以多大速度行驶?
【答案】(1),
(2)应该以千米/小时行驶
【详解】(1)由题意得,每小时运输成本为,全程行驶时间为小时,
所以,.
(2),
当时,,
当时,,即在上单调递减,
当时,,即在上单调递增,
所以当时,最小.
综上:应该以千米/小时行驶.
例2.(24-25高二下·江苏南京·月考)甲、乙两地相距1000千米,汽车从甲地匀速驶向乙地,速度不得超过120千米/小时.已知汽车每小时的运输成本(以元为单位)由可变部分和固定部分组成:可变部分与速度v(千米/小时)的立方成正比,比例系数为,固定部分为a(a>0).
(1)把全部运输成本y元表示为速度v(千米/小时)的函数,并指出这个函数的定义域;
(2)为了使全部运输成本最小,汽车应以多大速度行驶?
【答案】(1)
(2)答案见解析
【详解】(1)由题意得,每小时运输成本为,全程行驶时间为小时,所以
(2)
当时,当时,,
当时,,单调递减,
当时,单调递增,
所以当时,最小;
当时,,单调递减,当时,最小;
综上:当时,应该以千米/小时行驶;
当时,应该以千米/小时行驶
例3.(24-25高二下·江苏无锡·期中)某市有一特色酒店由10座完全相同的帐篷构成(如图1).每座帐篷的体积为 m3,且分上下两层,其中上层是半径为r()(单位:m)的半球体,下层是半径为r m,高为h m的圆柱体(如图2).经测算,上层半球体部分每平方米建造费用为2千元,下方圆柱体的侧面、隔层和地面三个部分平均每平方米建造费用为3千元,设所有帐篷的总建造费用为y千元.(提示:球体积公式:)
(1)求y关于r的函数解析式,并指出该函数的定义域;
(2)当半径r为何值时,所有帐篷的总建造费用最小,并求出最小值.
【答案】(1),定义域为
(2),最小值为
【详解】(1)由题意可得,所以h,
所以
,
即 ,
因为,,所以,则,
所以定义域为.
(2)设,
则,令,解得,
当时,,单调递减,
当时,,单调递增,
所以当时,取得极小值,即最小值,
且,总费用最小值为,
所以当半径r为时,建造费用最小,最小为千元.
变式1.(24-25高二下·重庆·月考)2023年我国汽车出口跃居世界首位.整车出口491万辆,同比增长.作为中国外贸“新三样”之一,新能源汽车成为出口增长新动能.已知某款新能源汽车在匀速行驶状态下每千米的耗电量(单位:)与速度(单位:)在的函数关系为.假设电价是1元.
(1)当车速为多少时,车辆每千米的耗电量最低?
(2)已知司机的工资与开车时间成正比例关系,若总费用=电费+司机的工资,甲地到乙地的距离为,最经济的车速是,则司机每小时的工资为多少元?
【答案】(1)
(2)150元.
【详解】(1)由
有,令,得或(舍),
当时,,单调递减,
当时,,单调递增,
所以当车速为时,车辆每千米的耗电量最低;
(2)设司机的工资为元,则行车的总费用为
,由题意知时,,
得,即司机每小时的工资为150元.
变式2.(24-25高二下·上海奉贤·月考)学校要建造一个面积为10000平方米的运动场. 如图,运动场由一个矩形和分别以、为直径的两个半圆组成. 跑道是一条宽8米的塑胶跑道,运动场除跑道外,其它地方均铺设草皮. 已知塑胶跑道每平方米造价为150元,草皮每平方米造价为30元.
(1)设半圆的半径(米),试建立塑胶跑道面积与的函数关系式;
(2)由于条件限制,问当取何值时,运动场造价最低?(精确到元).
【答案】(1)
(2)
【详解】(1)塑胶跑道面积
因为所以,故定义域为
(2)设运动场造价为元;
,令,
,当时,解得,
所以在上恒成立,所以在上为减函数,
所以函数在上为减函数,因为,
所以当时,运动场造价最低为626510元.
变式3.(24-25高二下·福建福州·月考)福州某公园有一个半圆形荷花池(如图所示),为了让游客深入花丛中体验荷花美景,公园管理处计划在半圆形荷花池中设计栈道观景台和栈道、、、,观景台在半圆形的中轴线上(如图,与直径垂直,与不重合),通过栈道把荷花池连接起来,使人行其中有置身花海之感.已知米,,栈道总长度为.
(1)求关于的函数关系式.
(2)若栈道的造价为每米千元,问:栈道长度是多少时,栈道的建设费用最小?并求出该最小值.
【答案】(1),
(2)栈道长度是时建设费用最小,最小值为千元
【详解】(1)因为在半圆形的中轴线上,,米,,
所以,,
所以,
所以栈道总长度
,.
(2)由(1)得,,
所以当时,,单调递减,当时,,单调递增,
所以当,即时,栈道的建设费用最小,
建设费用最小值为千元.
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