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应用性问题中常见的数学建模

出处:论文网
时间:2015-08-20

应用性问题中常见的数学建模

  一、应用性问题与数学建模的教学的基本原则

  着重发展学生能力,特别是应用能力,包括:计算、推理、空间想象以及辨明关系、形式转化、驾驭计算工具、查阅文献、口头和书面的分析与交流。

  强调计算工具的使用:不仅在计算过程中,而且在猜想、探索、争辨、发现、模拟、证明、作图、检验中使用。

  强调学生的积极性与主动性:教师不应只是讲演或者总是正确的指导者,还可以扮演不同的角色:问原因,找漏洞,督促学生弄清楚,说明白,完成进度.评判学生工作及成果的价值、意义、优劣,鼓励学生有创造新的想法和做法。

  结合学生实际水平,分层次逐步推进,结合正常教学的教材内容,结合正常的课堂教学在部分环节切入应用和建模内容。

  二、应用性问题中常见的建模

  随着教育改革的深入,新的课程标准的出台,强调了知识的应用,数学源于实际问题的应用题骤增,因而探讨这类问题的解法具有重要的现实意义,数学建模就是将具有实际意义的应用问题,通过数学抽象转化为数学模型,以求得问题的解决。实际问题是复杂多变的,数学建模较多的是探索性和创造性,但是数学应用性问题常见的建模方法还是有规律可以归纳总结的。

  (一)建立几何模型。诸如台风、航海、三角测量、边角余料加工、工程定位、拱桥计算、皮带传动、坡比计算,作物栽培等传统的应用问题,涉及一定圆形的性质,常需要建立相应的几何模型,转化为几何或三角函数问题求解。

  例1 足球赛中,一球员带球沿直线L逼近球门AB,在什么地方起脚射门最为有利。

  分析 这是几何定位问题,画出示意图,如图1:根据常识,起脚射门的最佳位置P应该是直线L上对AB张角最大的点,此时进球的可能性最大,问题转化为在直线l上求点P,使∠APB最大,为此过A、B两点作圆与直线L相切,切点P即为所求,当直线L垂直线段AB时,易知P点离球门越近,起脚射门越有利,可见“临门一脚”的功夫现应包括选取起脚射门的最佳位置。

  (二)建立方程模型。例2 如下左图:某小区规划在长为40M,宽为26M的矩形场地ABCD上修建三条同样宽的甬道,使其中两条与AB平行,其余部分种草.若使每一块草坪的面积为144M,求甬道的宽度。

  分析 如上右图:作整体思考,设甬道的宽度为xm,则问题转化为:求方程(40-2x)(26-x)=6×144的解,解得x=2、x=44(不合题意舍去)。

  (三)建立直角坐标系与函数模型。当变量的变化具有近似函数关系,或物体运动的轨迹具有某种规律时,可通过建立平面直角坐标系,转化为函数图象问题讨论。

  例3 有一批1米长的合金钢材,现要截成长为27cm和13cm两种规格,用怎样的方案截取使材料利用率为最高?并求出材料最高利用率。

  分析 作出直线 ■+■=12图象,确定与直线最近的整数点(4,2),则4×13+2×27=98,即截4段13cm,2段2cm,材料利用率为98%。

  (四)建立不等式模型。对现实生活中广泛存在的不等量关系:如投资决策等可挖掘实际问题隐含的数量关系,转化为不等式组的求解,目标函数在闭区间的最佳问题。

  例4 某工厂有甲、乙两种产品按计划每天各生产不少于15吨,已知生产甲产品1吨需要煤9吨,电力4kw,劳力3个(按工作日计算),生产乙产品1吨需要煤4吨,电力5kw,劳力10个;甲产品美吨价7万元,乙产品每吨价12万元。如果每天用煤量不得超过300吨,电力不得超过200kw,劳力只有300个,问每天各生产甲、乙两种产品多少吨,才能保证即完成生产任务,又能为国家创造更多得财富?

  分析 设每天生产甲产品x吨、乙产品y吨,总产值为S万元,依题意约束条件为■

  目标函数为S=7x+12y。解方程组■

  故当x=20,y=24时,Smax=7×20+12×24=428(万元).

  答:每天生产甲产品20吨,乙产品24吨,这样即保证完成任务,又能为国家创造更多的财富428万元。

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