第二章:初等模型(初等数学方法建模)
1. 席位分配:
a) 问题描述:三个系学生共200名(甲系100、乙系60,丙系40)。代表会议共20席,按比例分配,三个系分别为10,6,4席。
b) 问题存在:现因学生转系,三系人数分别变为:103,63,34.问20个席位如何分配?才能使得尽量“公平”。
c) 解决方法:提出不同的假设,进行不同方法的讨论,对不同方法进行对比分析(满足哪些公平条件),得出结论。
2. 双层玻璃窗的功效:
a) 问题描述:双层玻璃窗与同样多材料的单层玻璃窗相比,减少多少热量损失?
b) 问题假设:热量传播只有传单,没有对流;T1,T2不变,热传导过程处于稳态;材料均匀,热传导过程处于稳态。
c) 建模:热传导定律模型。(有公式)
d) 分析:属于“测试分析“类型,建模分析,计算得结果,下结论。
e) 延伸:考虑实际情况,进一步分析下结论会更好。
3. 划艇比赛的成绩:
a) 问题描述:对四种赛艇(单人、双人、四人、八人)4次国际大赛冠军的成绩进行比较,发现与桨手数有某种关系。试建立数学模型揭示这种关系。
b) 属于统计,数学模型拟合类型;
c) 问题分析:赛艇速度与桨手数量之间的关系:前进阻力与前进动力等
d) 问题建模:作出假设,运用合适物理定律建立模型;
e) 模型检验:最重要的一部分!即通过实际数据,使用最小二乘法进行模型检验!
4. 录像机计数器的用途:机理分析
a) 问题描述:经试验,一盘录像带从头走到尾,时间用了183分30秒,计数器读数从0000变到6152.
问在一次使用中录像带已经转过大半,计数器读数为4580,问剩下的一段还能否录下一小时的节目?
b) 要求:不仅回答问题,而且建模计数器读数与录像带转过时间的关系;
c) 思考:计数器读数是均匀增长的吗?
d) 问题分析:通过实际观察录像机计数器的工作原理,发现问题实质;之后进行模型假设,与已有物理知识,进行建模,确定参数,之后进行实际模型检验!
5. 实物交换:
a) 问题描述:甲有物品X,乙有物品Y,双方为满足更高的需要,商定相互交换一部分。研究实物交换方案。
b) 根据实际情况建立二维模型:(x,y)表示;
c) 根据不同假设,进行不同建模处理。
6. 传送带的效率:物理实际模型
a) 问题描述:工人将生产出的产品挂在经过他上方的空钩运走,若工作台数量固定,挂钩数量越多,传送带运走的产品越多,在产品进入稳态后,给出衡量传送带效率的指标,研究提高传送带效率的途径。
b) 问题分析:进行假设,之后因为衡量指标需要自选,所以需要根据实际情况做决定,确定指标。
c) 模型建立,提出提高效率的途径。
7. 起帆远航:
a) 问题描述:帆船在海面上乘风远航,确定最佳的航行方向及帆的朝向。
b) 简化问题:海面上东风劲吹,设帆船要从A点驶向正东方的B电,确定起航时的航向,以及帆的朝向。
c) 问题分析:完全根据实际情况进行受理分析,进行模型建立,并求解。
总结:
1. 席位分析:进行不同假设,得出不同模型,进行对比分析;
2. 双层玻璃窗的功效:合理假设,根据已有物理知识,进行模型建立,分析不同情况,下结论;
3. 划艇比赛的成绩:合理假设,根据已有物理知识,进行模型假设,再实际数据可测量的情况下!进行模型检验!最后下结论;
4. 录像机计数器的用途:“机理分析”实物真实物理情况!之后进行假设,模型建立,参数估计(经常使用最小二乘估计),最后进行模型检验,之后下结论。
5. 实物交换:二维建模,不同假设,不同原则,不同处理方式。
6. 传送带的效率:根据实际情况,与已有知识,进行合理假设,建模分析,此题重在提出“提高效率”的途径!
7. 起帆远航:根据实际情况,进行受理分析,在一定合理假设的前提下,进行模型建立并求解。
以上列举了一些基本的模型建立的方式,当然实际比赛中的题目不会如此简单,但通过其还是能稍微体会建模的实际意义与内涵。