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数学建模就是对在科学技术领域、经济管理、生产实际等现实生活中所遇到的实际问题加以分析、抽象简化,用数学语言进行描述,进一步用数学符号表述出来,转化为数学模型用数学方法加以解决,最后接受实践的检验。其基本思路是:
下面,就初中数学常见建模类型举例说明:
一、建立几何模型
诸如航海、三角测量、路程最短、工程定位、拱桥计算、皮带传动等应用题,涉及一定图形的性质,常需建立相应的几何模型,转化为几何问题求解。
例1:为方便群众寄信,要在两条公路OX和OY上设邮筒A和B,邮递员每天从邮局P到邮筒A、B取信然后返回邮局,请你根据所学的知识确定出A、B的位置,使邮递员走的路程最短。
分析:根据题意建立如图所示的几何模型,设A、B已作出,使PA+AB+BP的值为最小,分别作P点关于OX和OY的轴对称点Pˊ和P",则有PA=PˊA和BP=BP",因此PA+AB+BP=PˊA+AB+BP",而欲使折线PˊABP"的长度最短,只要Pˊ、A、B、P"在同一直线上即可,于是,A,B的位置分别是直线PˊP"与OX、OY的交点。
二、建立直角坐标系模型
对于飞机投物、开炮射击、投篮平抛等问题,物体运动的轨迹大都是抛物线,则可转化为二次函数图象去解决。
例:如图,这是某空防部队进行射击训练时,在平面直角坐标系中的示意图。
在地面O, A两个观测点测得空中固定目标C的仰角分别、,位于O点正上方千米D点处的直升飞机向目标C发射防守导弹,该导弹运行达到距离地面最大高度3千米时,相应的水平距离为4千米(即图中E点)。
1、若导弹运行轨道为一抛物线,求该抛物线的解析式。
2、说明按1中轨道运行的导弹能否击中目标C的理由。
解:1、设导弹运行轨道的抛物线解析式为Y=ax2+bx+c,项点从标为E(4,3),对称轴X=4,点D(0,)在这条抛物线上,点D关于X=4的对称点Dˊ的坐标为(),Dˊ也在这条抛物线上
∴所求抛物线解析式为:Y=
2、设C点的坐标为( Xo,Yo),过C点作CB⊥OX,垂足为B,OA=1,∵,,∴点C的坐标为(7,)。
而点C(7,)在抛物线上,因此导弹能击中目标。
三、建立目标函数
对于现实生活中普遍存在的最优化问题,如:造价用料最少,利润产出最大等,可透过实际背景建立变量之间的函数关系,转化为函数极值问题去求解。
例:某商店如果将进货价为8元的商品按每件10元售出,每天可销售200件,现在采用提高售价减少进货量的方法增加利润,已知这种商品每涨价0.50元,其销售量就减少10件,问应将售价定为多少时,才能使所赚利润最大,并求出最大利润。
分析:设每件售价提高X无,则每件得利润(2+X)元,每天销售量变为(200-20X)件,所获利润:
故当X=4时,即售价定为14元时,每天可获最大利润。
四、建立不等式或方程模型
其基本方法是挖掘实际问题隐含的数量关系,转化为不等式(组)或方程(组)的求解问题。
例:A市和B市分别库存某种机器12台和6台,现决定支援C市10台、D市8台,已知从A市调运一台机器到C市、D市的运费分别为400元和800元,从B市调运一台机器到C市、D市的运费分别为300元和500元,若要求总运费不过9000元,问共有几种调动方案?并求出总运费最低的调运方案,最低运费是多少?
分析:设B市运住C市机器X台,则B市运往D市(6-X)台,A市运往C市、D市分别为(10-X)台、(2+X)台,总运费Y=200X+8600,问题转化为求不等式组:
解得X=0,1,2因此共有三种调运方案。
当X=0时,y的最小值为8600元,这时的调运方案为:从B市运至C市0台,运至D市6台,从A市运至C市10台,运至D市2台。
五、利用统计数据(方法)解题
其基本思路是用样本估计总体的统计思想方法。
例:菜渔塘放养鱼苗10万条,根据这几年经验知道,鱼苗的成活率为95%,一段时间后准备打捞出售,第一从中网出40条,称得平均每条鱼重2.5千克;第二网出25条,称得平均每条鱼重2.2千克;第三次网出35条,称得平均每条鱼重2.8千克;请估计鱼塘中鱼的总重量约是多少?
解:
2.53×100000=253000(千克)
总之,数学建模过程,要要善于透过实际问题的现象,抓住数学问题的本质,寻求内在联系,通过联想、转化、抽象、综合运用数学知识,使问题得以解决。
(作者单位:613100四川省井研县教研室)
注:“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
下面,就初中数学常见建模类型举例说明:
一、建立几何模型
诸如航海、三角测量、路程最短、工程定位、拱桥计算、皮带传动等应用题,涉及一定图形的性质,常需建立相应的几何模型,转化为几何问题求解。
例1:为方便群众寄信,要在两条公路OX和OY上设邮筒A和B,邮递员每天从邮局P到邮筒A、B取信然后返回邮局,请你根据所学的知识确定出A、B的位置,使邮递员走的路程最短。
分析:根据题意建立如图所示的几何模型,设A、B已作出,使PA+AB+BP的值为最小,分别作P点关于OX和OY的轴对称点Pˊ和P",则有PA=PˊA和BP=BP",因此PA+AB+BP=PˊA+AB+BP",而欲使折线PˊABP"的长度最短,只要Pˊ、A、B、P"在同一直线上即可,于是,A,B的位置分别是直线PˊP"与OX、OY的交点。
二、建立直角坐标系模型
对于飞机投物、开炮射击、投篮平抛等问题,物体运动的轨迹大都是抛物线,则可转化为二次函数图象去解决。
例:如图,这是某空防部队进行射击训练时,在平面直角坐标系中的示意图。
在地面O, A两个观测点测得空中固定目标C的仰角分别、,位于O点正上方千米D点处的直升飞机向目标C发射防守导弹,该导弹运行达到距离地面最大高度3千米时,相应的水平距离为4千米(即图中E点)。
1、若导弹运行轨道为一抛物线,求该抛物线的解析式。
2、说明按1中轨道运行的导弹能否击中目标C的理由。
解:1、设导弹运行轨道的抛物线解析式为Y=ax2+bx+c,项点从标为E(4,3),对称轴X=4,点D(0,)在这条抛物线上,点D关于X=4的对称点Dˊ的坐标为(),Dˊ也在这条抛物线上
∴所求抛物线解析式为:Y=
2、设C点的坐标为( Xo,Yo),过C点作CB⊥OX,垂足为B,OA=1,∵,,∴点C的坐标为(7,)。
而点C(7,)在抛物线上,因此导弹能击中目标。
三、建立目标函数
对于现实生活中普遍存在的最优化问题,如:造价用料最少,利润产出最大等,可透过实际背景建立变量之间的函数关系,转化为函数极值问题去求解。
例:某商店如果将进货价为8元的商品按每件10元售出,每天可销售200件,现在采用提高售价减少进货量的方法增加利润,已知这种商品每涨价0.50元,其销售量就减少10件,问应将售价定为多少时,才能使所赚利润最大,并求出最大利润。
分析:设每件售价提高X无,则每件得利润(2+X)元,每天销售量变为(200-20X)件,所获利润:
故当X=4时,即售价定为14元时,每天可获最大利润。
四、建立不等式或方程模型
其基本方法是挖掘实际问题隐含的数量关系,转化为不等式(组)或方程(组)的求解问题。
例:A市和B市分别库存某种机器12台和6台,现决定支援C市10台、D市8台,已知从A市调运一台机器到C市、D市的运费分别为400元和800元,从B市调运一台机器到C市、D市的运费分别为300元和500元,若要求总运费不过9000元,问共有几种调动方案?并求出总运费最低的调运方案,最低运费是多少?
分析:设B市运住C市机器X台,则B市运往D市(6-X)台,A市运往C市、D市分别为(10-X)台、(2+X)台,总运费Y=200X+8600,问题转化为求不等式组:
解得X=0,1,2因此共有三种调运方案。
当X=0时,y的最小值为8600元,这时的调运方案为:从B市运至C市0台,运至D市6台,从A市运至C市10台,运至D市2台。
五、利用统计数据(方法)解题
其基本思路是用样本估计总体的统计思想方法。
例:菜渔塘放养鱼苗10万条,根据这几年经验知道,鱼苗的成活率为95%,一段时间后准备打捞出售,第一从中网出40条,称得平均每条鱼重2.5千克;第二网出25条,称得平均每条鱼重2.2千克;第三次网出35条,称得平均每条鱼重2.8千克;请估计鱼塘中鱼的总重量约是多少?
解:
2.53×100000=253000(千克)
总之,数学建模过程,要要善于透过实际问题的现象,抓住数学问题的本质,寻求内在联系,通过联想、转化、抽象、综合运用数学知识,使问题得以解决。
(作者单位:613100四川省井研县教研室)
注:“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”