数学建模

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什么是数学建模

什么是数学建模

什么是数学建模数学建模是指运用数学的理论、方法和技术,以模型为基础,通过对实际问题进行抽象、建模、求解和验证,为实际问题的研究和决策提供可靠依据的过程。

数学建模可以帮助我们更好地理解、分析、解决实际问题。

它是一种综合运用数学、物理、计算机科学和其他相关学科知识的跨学科研究领域,可以应用于各个领域的问题,包括自然科学、工程技术、社会科学、医学、金融等。

数学建模的过程一般包括以下几个步骤:1. 定义问题和目标。

在这个阶段,我们需要对实际问题进行全面的了解,明确研究的目标和需要解决的问题是什么,确定问题的限制和条件。

2. 建立模型。

在这个阶段,我们需要根据实际问题的特点和需要解决的问题,选择适当的模型类型,建立数学模型。

模型应该尽可能简明明了,能够比较好地描述实际问题,并且便于求解。

3. 求解模型。

在这个阶段,我们需要根据所建立的模型,采用数学和计算机科学等相关方法,对模型进行求解,得到具体的结果和解决方案。

4. 验证模型。

在这个阶段,我们需要根据模型的求解结果,进行模型的验证。

验证模型的正确性和可靠性,以及对模型的结果进行误差分析和敏感性分析,以保证模型的可行性和实用性。

5. 应用模型。

在这个阶段,我们需要将模型的结果应用于实际问题的解决中。

根据模型的结果,提出相应的决策和措施,实现问题的解决和优化。

数学建模具有广泛的应用领域和重要性。

在物理、化学、生物学和工程技术等领域,数学建模可以帮助我们解决复杂的系统问题,如气候模型、流体力学模型、生物进化模型等。

在社会科学领域,数学建模可以应用于经济学、管理学、社会学等领域,对社会现象进行建模和预测,如人口增长模型、市场模型、网络模型等。

在医学领域,数学建模可以帮助我们研究疾病的发展和治疗方法,如病毒传播模型、治疗模型等。

在金融领域,数学建模可以帮助我们分析风险和投资策略,如股票价格模型、期权评估模型等。

总之,数学建模是一种重要的跨学科研究领域,以模型为基础,运用数学和相关学科知识,对实际问题进行抽象、建模、求解和验证,为实际问题的研究和决策提供可靠依据,具有广泛的应用领域和重要性。

数学建模

数学建模
材料均匀,热传导系数为常数 Q ~单位时间单位面积传导的热量 T~温差, d~材料厚度, k~热传导系数 记双层玻璃窗传导的热量Q1 记单层玻璃窗传导的热量Q2 热量传播只有传导,没有对流
室 内 T1
d
l
d
室 外 T2
Q1

室 内 T1
2d
室 外 T2
Q2

Ta~内层玻璃的外侧温度 Tb~外层玻璃的内侧温度 k1~玻璃的热传导系数 k2~空气的热传导系数
乙安全线
y0 0 x
y1 y0 0
y=f ( x)
y0 y f ( x) y0 x
x0
P(xm,ym)甲 安 x=g(y) 全 区 x1 x
P~平衡点(双方最少导弹数)
精细 模型
x<y x=y
乙方残存率 s ~甲方一枚导弹攻击乙方一个 基地,基地未被摧毁的概率。 甲方以 x攻击乙方 y个基地中的 x个, sx个基地未摧毁,y–x个基地未攻击。 y0=sx+y–x y0=sy y= y0+(1-s)x y=y0 / s
• (4)模型求解:利用获取的数据资料,对模 型的所有参数做出计算(估计)。 • (5)模型分析:对所得结果进行数学的分析。 • (6)模型检验:将模型分析结果与实际情形 进行比较,以此来验证模型的准确性、合 理性和适用性。如果模型与实际较吻合, 则要对计算结果给出其实际含义,并进行 解释。如果模型与实际吻合较差,则应该 修改假设,再次重复建模过程。 • (7)模型应用:应用方式因问题的性质和建 模的目的而异
0
x0
x
甲方的被动防御也会使双方军备竞赛升级。
模型解释
• 甲方将固定核导弹基地改进为可移动发射架 乙安全线y=f(x)不变

什么是数学建模3篇

什么是数学建模3篇

什么是数学建模第一篇:数学建模基础数学建模是指利用数学方法及其它学科的知识和技术,对实际问题进行抽象、分析和求解的一种综合性学科。

数学建模的目的是通过对实际问题的建模进行定量分析和解决,从而为实际问题提供可行的解决方案,为现代社会的发展提供技术和理论支持。

数学建模可以分为三个阶段:问题分析阶段、建模阶段和求解阶段。

在问题分析阶段,需要对实际问题进行详细的调查和分析,了解实际问题的背景以及运作模式。

在建模阶段,需要对实际问题进行抽象、量化并建立数学模型,确定模型的参数、变量及其相互关系。

在求解阶段,需要运用数学方法和技术对建立的数学模型进行求解,并给出实际问题的解决方案。

数学建模是一门综合性的学科,需要掌握数学、物理学、工程学等多学科的知识。

在数学方面,需要熟练掌握微积分、线性代数、统计学等数学基础知识,并能够灵活运用这些知识;在其它学科方面,需要了解相关学科的基本知识和应用技术,如电子技术、通信技术等。

此外,数学建模还需要高超的计算机应用技术,能够用计算机模拟实际问题的过程,并对其进行分析和求解。

总之,数学建模是一门综合性、学科交叉性强的学科,对全面培养学生的综合素质提出了更高的要求。

通过学习数学建模,可以培养学生的创新思维能力和解决实际问题的能力,提高综合应用数学知识解决实际问题的能力,并为未来走向各个领域和专业打下坚实基础。

第二篇:数学建模与实际应用数学建模是数学和实际应用之间的桥梁,主要应用于工程、自然科学和社会科学等领域。

在工程领域,数学建模可以应用于各种工程设计和工程管理中,如市政供水、排水、高速公路等。

在自然科学领域,数学建模可以应用于气象、生态学、地理学、天文学等领域,如预测天气、分析生态系统破坏的原因等。

而在社会科学领域,数学建模可以应用于经济、管理学、政治学等领域中,如预测股票市场走势、企业管理优化等。

数学建模与实际应用密不可分,具有卓越的应用价值和广阔的应用前景。

随着科技和工业的不断发展,实际问题的规模和复杂性也在不断提高,对数学建模提出了更高的要求。

什么是数学建模

什么是数学建模

新手入门:什么是数学建模数学建模数学模型(Mathematical Model)是一种模拟,是用数学符号、数学式子、程序、图形等对实际课题本质属性的抽象而又简洁的刻划,它或能解释某些客观现象,或能预测未来的发展规律,或能为控制某一现象的发展提供某种意义下的最优策略或较好策略。

数学模型一般并非现实问题的直接翻版,它的建立常常既需要人们对现实问题深入细微的观察和分析,又需要人们灵活巧妙地利用各种数学知识。

这种应用知识从实际课题中抽象、提炼出数学模型的过程就称为数学建模(Mathematical Modeling)。

不论是用数学方法在科技和生产领域解决哪类实际问题,还是与其它学科相结合形成交叉学科,首要的和关键的一步是建立研究对象的数学模型,并加以计算求解。

数学建模和计算机技术在知识经济时代的作用可谓是如虎添翼。

建模示例:椅子能在不平的地面上放稳吗日常生活中一件普通的事实:把椅子往不平的地面上一放,通常只有三只脚着地,放不稳,然而只需稍挪支几次,就可以使四只脚同时着地,放稳了。

这个看来似乎与数学无关的现象能用数学语言给以表述,并用数学工具来证实吗?模型假设对椅子和地面应该作一些必要的假设:1. 椅子四条腿一样长,椅脚与地面接触处可视为一个点,四脚的连线呈正方形。

2. 地面高度是连续变化的,沿任何方向都不会出现间断(没有像台阶那样的情况),即地面可视为数学上的连续曲面。

3. 对于椅脚的间距和椅腿的长度而言,地面是相对平坦的,使椅子在任何位置至少有三只脚同时着地。

假设1显然是合理的。

假设2相当于给出了椅子能放稳的条件,因为如果地面高度不连续,譬如在有台阶的地方是无法使四只脚同时着地的。

至于假设3是要排除这样的情况:地面上与椅脚间距和椅腿长度的尺寸大小相当的范围内,出现深沟或凸峰(即使是连续变化的),致使三只脚无法同时着地。

模型构成中心问题是用数学语言把椅子四只脚同时着地的条件和结论表示出来。

首先要用变量表示椅子的位置。

数学专业的数学建模

数学专业的数学建模

数学专业的数学建模数学建模是数学专业中重要的一门课程,它通过数学的方法和技巧解决实际问题。

本文将介绍数学建模的定义、应用领域、建模过程以及数学专业学生在数学建模中的作用。

一、数学建模的定义数学建模是将实际问题转化为数学问题,并应用数学方法和工具解决这些问题的过程。

它是数学与现实世界之间的桥梁,通过数学的抽象和建模能力,解决现实问题,提高生产效益和科学研究水平。

二、数学建模的应用领域数学建模广泛应用于各个领域,包括经济、生态、环境、物理、工程等。

在经济领域,数学建模可以帮助企业分析市场需求,制定最优营销策略;在生态领域,数学建模可以评估生物多样性,分析环境问题;在物理领域,数学建模可以解释物质运动规律;在工程领域,数学建模可以优化工艺流程,提高工程效率。

三、数学建模的过程数学建模的过程一般包括问题的分析、建立数学模型、求解模型和对结果的验证。

首先,需要对实际问题进行充分的分析,明确问题的要求和限制条件;其次,根据问题的特点,运用数学知识建立数学模型,将实际问题抽象为数学符号和方程;然后,对建立的数学模型进行求解,可以使用数值计算、优化算法等方法得到解析结果;最后,对结果进行验证,比较实际情况和模型预测,评估模型的准确性和可行性。

四、数学专业学生在数学建模中的作用数学专业学生在数学建模中发挥着重要的作用。

首先,他们具备扎实的数学基础和数学思维能力,能够快速理解和应用数学方法解决问题;其次,数学专业学生熟练掌握常用的数学工具和软件,能够高效地进行数学计算和模型求解;此外,他们对数学理论有深入的研究,能够通过对数学模型的优化和改进提升模型的准确性和可靠性。

总结:数学建模作为数学专业中重要的课程,对于培养学生的数学思维和解决实际问题的能力具有重要意义。

通过数学建模,学生能够将所学的数学知识应用到实际中,提升自己的综合素质。

希望广大学生能够重视数学建模的学习,不断提高自己的数学建模能力,为社会的发展做出贡献。

什么是数学建模

什么是数学建模

问题1、在我饲养的动物中,除了两只以外所有的动物都是狗,除了两只以外,所有 的都是猫,除了两只以外,所有的都是鹦 鹉,我总共养了多少只动物? 问题2、一头母牛价格10元钱,一头猪价 格3元钱,一头羊价格0.5元钱。一个农夫 买了一百头牲口,每种至少买了一头,总 共花了100元钱,问每种牲口买了多少头?
什么是数学建模?
数学建模(Methematical Modeling)是建立数 学模型的过程的缩略表示。 《简明不列颠百科全书》给出如下十分贴切 的解释:“这个术语的第二种用法是理论和分 析意义下的模型,也许是更为重要的一类模型。 本质上说,在物理和生物世界中的任何现实情 形,无论它是天然的或是与技术和人的干预有 关的,只要它可以用定量的术语来描述,就能 够通过建立模型使它服从解析的规律。” 有人说“在工业设计、经济设计或任何其他 设计中运用数学的语言和方法,实际上,就是 数学建模”。
问题:女孩子都爱美,你知道你穿多高跟的鞋, 看起来最美吗?
丢番图分析是数论的一大分支,其应用 范围极广,有著名的丢番图问题,以费马 最后定理而著称: n n n 设有方程 x y z ,其中n是大于2的正整 数,问此方程是否有整数解。 这是一个最著名的数论问题。
数学建模的主要过程:
实际问题 抽象、简化、明确变量和参数 根据某种“定律”或“规律”建立变量和参数间的一个明确的 数学关系(数学问题,或称为在此简化阶段上的一个数学模型)
解析地或近似地求解该数学问题
解释、验证 通 通不过 过 投入使用
约公元250年前后,古希腊对于丢番图的生 平事迹,人们知道得很少。但在一本《希腊诗 文选》中,收录了他的墓志铭:“坟中安葬着 丢番图, 多么令人惊讶, 它忠实地记录了所 经历的道路。 上帝给予的童年占六分之一, 又过十二分之一,两颊长胡, 再过七分之一, 点燃起结婚的蜡烛。五年之后天赐贵子, 可 怜迟到的宁馨儿, 享年仅及其父之半,便进 入冰冷的坟墓。 悲伤只有用数论的研究去弥 补, 又过四年,他也走完了人生的旅途。” 那么,丢番图享年几岁?

数学建模是什么

数学建模是什么

数学建模是什么
数学建模是指利用数学工具和方法分析和解决实际问题的过程,是一种跨学科的综合性应用科学研究方法。

数学建模的基本步骤包括:问题建模、假设、模型的构建、模型求解和模型评价。

在这个过程中,数学建模的核心是模型的构建和求解,其中模型的构建需要理解实际问题的基本特征和数学方法的应用,而模型求解则需要掌握数学分析、数值计算等技能和方法。

数学建模的应用范围非常广泛,包括但不限于自然科学、社会科学、经济学、工程学等领域的问题。

数学建模在现实生活中的应用包括:企业生产、物流配送、城市交通规划、自然资源评估、环境保护、金融、医学等各个领域。

数学建模的方法多种多样,常见的数学方法包括:微积分、线性代数、概率论、统计学、优化理论等。

通过对实际问题的建模、数学方法的应用和模型求解的计算和分析,数学建模可进一步为决策提供科学依据和参考。

数学建模的主要特点是模型化思维、跨学科交叉和创新性思维。

在这个过程中,数学建模要求研究者对问题进行深入的分析和研究,要对数学方法的应用有较大的理解和掌握,并且要结合实际考虑模型的可行性。

数学建模的创新性思维则要求研究者在模型的构建和求解中体现出一定的创新性和思维深度。

无论是学术界还是实际应用领域,数学建模的应用都已经深入到各个角落。

在数学建模中,数学是一种工具性语言,
而模型则是实际问题的一种映射。

数学建模不仅促进了数学研究和应用之间的相互促进和发展,还连接了传统学科和新兴学科之间的桥梁,推动了知识的跨领域传播和交流。

数学建模的概念

数学建模的概念

数学建模的概念数学建模是指将现实世界中的问题,通过数学语言和技术进行分析、表述、求解的过程。

它是数学与应用学科相结合的一项重要工作。

数学建模包括以下三个阶段:第一、问题的数学化,即将实际问题转化为符合数学语言和数学规律的数学问题;第二、建立数学模型,根据数学问题的特性和问题的需求建立数学模型,确定数学模型中的各个参数;第三、求解数学模型,利用数学方法和计算机技术进行建模求解,从而给出实际问题的数值解或者给出实际问题的变化规律。

数学建模在解决实际问题中具有重要意义。

首先,它能够帮助人们对实际问题进行深入的分析和理解,将问题形式化,从而更好地理解问题的本质和内在规律。

其次,它可以为实际问题提供更加准确、可靠的解决方案,并且在求解问题中提高效率,降低成本。

最重要的是,数学建模还能够帮助人们预测问题发展的趋势,提前做预防和控制,从而减少潜在风险和代价。

在数学建模的过程中,需要注意以下几个方面:一、正确理解实际问题。

这是数学建模的前提和基础。

要深入理解问题的背景、目的、约束条件以及关键因素,从而确定问题的数学表达方式和求解方法。

二、合理选择数学模型。

数学模型一是根据实际问题的特点和要求,二是根据数学方法和工具的可行性与有效性的考虑,进行选择。

建立的数学模型应当简单明了,能够反映实际问题的本质,准确捕捉关键因素的变化趋势,并且方便求解和分析。

三、确定数学模型的参数。

参数的选择应该考虑模型的可靠性和准确性,必须要有实际意义,并且需要根据实际数据和情况进行校正和调整。

四、有效求解数学模型。

为了提高效率和准确性,需要选择合适的数学工具和计算机软件,并且要按照求解计划进行前期数据处理、模型运行、结果验证等多个环节。

总之,数学建模是一项综合性的工作,需要涉及到多个学科和领域的知识。

在实际工作中,需要有一定的数学知识和操作技能,并且要具备对实际问题的深入理解、清晰思路、认真负责的态度。

这样才能够将数学建模发挥出其最大的应用价值。

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2012-2013第一学期《数学建模》选修课试题卷班级:通工1103姓名:学号:成绩::一、解释下列词语,并举例说明(每小题满分5分,共15分) 1.模型答:模型指为了某种特定目的将原型的某部分信息简化、压缩、提炼而构成的原型替代物。

如地图、苯分子图。

2.数学模型答:由数字、字母、或其他数学符号组成的,描述现实对象(原型)数量规律的数学结构。

具体地说,数学模型也可以描述为:对于现实世界的一个特定对象,为了一个特定的目的,根据特有的内在规律,做出一些简化假设后,运用适当的数学工具,得到的一个数学结构称之为数学模型,如概率的功利化定义。

3.抽象模型答:通过人们对原型的反复认识,将获取的知识以经验的形式直接存储在大脑中的模型称之为抽象思维模型,如汽车司机对方向盘的操作。

二、简答题(每小题满分8分,共24分)1.模型的分类答:按照模型替代原型的方式,模型可以分为形象模型和抽象模型两类,形象模型:直观模型、物理模型、分子结构等;抽象模型:思维模型、符号模型、数学模型等。

2.数学建模的基本步骤1)建模准备:确立建模课题的过程;2)建模假设:根据建模的目的对原型进行抽象、简化。

有目的性原则、简明性原则、真实性原则和全面性原则;3)构造模型:在建模假设的基础上,进一步分析建模假设的各条款,选择恰当的数学工具和构造模型的方法对其进行表征,构造出根据已知条件和数据,分析模型的特征和模型的结构特点,设计或选择求解模型的数学刻划实际问题的数学模型;4)模型求解:构造数学模型之后,方法和算法,并借助计算机完成对模型的求解;5)模型分析:根据建模的目的要求,对建模求解的数字结果,或进行稳定性分析,或进行系统参数的灵敏度分析,或进行去查分析等;6)模型检验:模型分析符合要求之后,还必须回到客观实际中去对模型进行检验,看它是否符合客观实际;7)模型应用:模型应用是数学建模的宗旨,将其用于分析、研究和解决实际问题,充分发挥数学模型在生产和科研中的特殊作用。

3.数学模型的作用答:数学模型的根本作用在于它将客观原型化繁为简、化难为易,便于人们采用定量的方法去分析和解决实际问题。

正因为如此,数学模型在科学发展、科学预见、科学预测、科学管理、科学决策、驾控市场经济乃至个人高效工作和生活等众多方面发挥着特殊的重要作用,数学不仅是人们认识世界的有力工具,而且对于人的素质培养,无论是自然科学,还是社会科学中都随时发生着作用,使其终身受益。

特别是,当代计算机科学的发展和广泛应用,使得数学模型的方法如虎添翼,加速了数学向各个科学的渗透,产生了众多的边缘学科。

数学模型还物化于各种高新科技之中,从家用电器到天气预报,从通信到广播电视,从核电站到卫星,从新材料到生物工程,高科技的高精度、高速度、高安全、高质量、高效率等特点,无一不是通过数学模型和数学方法并借助计算机的计算、控制来实现的。

三、解答题(满分20分)F 题(9n+5, 9n+1)某金融机构为保证现金充分支付,设立一笔总额$540万的基金,分开放置在位于A城和B城的两个公司,基金在平时可以使用,但每周末结算时必须确保总额仍为$540万.经过相当一段时期业务情况,发现每过一周,各公司的支付基金在流通过程中多数还是留在自己公司内,而A城公司有10%支付基金流动到B城公司,B城公司则有12%支付基金流动到A城公司.此时,A城公司基金额为$260万,B城公司基金额$280万.按此规律,两公司支付基金数额变化趋势如何?如果金融专家认为每个公司的支付基金不能少于$220万,那么是否在什么时间需要将基金作专门调动来避免这种情形?解:设此后第K周末结算时,A城公司和B城公司的支付基金数分别是Ak和Bk(单位:万美元),那么此刻有:Ak+1=0.9Ak+0.12BkBk+1=0.1AK+0.88Bk k=0,1……其中,初始条件:A0=260,B0=280给出了这个问题的数学模型。

通过一次迭代,可以求出各周末时Ak和Bk的数值,以下的表列出了1至12周末两公司的基金属(单位:万美元)可以看出A城公司支付基金数在逐步增加,但增加布幅变小;B 城公司支付基金数恰好相反。

然而Ak是否有上界、Bk是否有下界?Bk是否会小于200?利用线性代数的知识将差分方程组写成矩阵的形式Ak+1 0.9 0.12 AkBk+1 = 0.1 0.88 Bk其中A0 260B0 = 280 是初始值,利用矩阵对角化方法可以求解。

四、综合题(21分)N 除雪机模型(7n+4, 7n+3, 6n+5)有条10km长的公路,由一台除雪机负责除雪。

每当路面的平均厚度达到0.5m时,除雪机开始工作. 但是雪仍在下着,路面雪的厚度在不断的增加,除雪机的前进速度会不断降低,其速度随雪的厚度呈现性变化,在无雪的路面上除雪机的行驶速度为13m/s;。

当雪的厚度达到1.5m时,除雪机将无法工作。

雪下了1h,雪最大时路面积雪厚度以0.1cm/s速度增加,前0.5h雪越下越大,后0.5h越下越少。

问除雪机能否将整条路面的积雪清除?1. 论文题目:除雪机问题2. 论文摘要:此篇论文研究的是冬天除雪问题,在冬季这是一个比较常见的现象,因为下雪给我国交通事故带来了很大的影响。

针对这个问题,我们进行研究,在日常生活中也会采取措施,经常会利用除雪机会及时处理,运用题中所给的内容作出了最佳的解答方案。

3. 关键词:除雪问题,速度,时间,积雪厚度。

4. 论文正文:问题提出冬天常会突降大雪。

路上如堆满了雪,便要影响交通,需要用除雪机来清扫。

在开始除雪时,往往天空仍在下雪。

样雪的厚度慢慢增加,除雪机工作的速度慢慢下降,以至无法工作了。

问除雪机能否完成这10公里长路程的除雪任务呢?问题分析对该问题的分析有,首先是考虑下雪的速度是多少,下雪的快慢影响着雪的厚度。

不管怎样除雪机的功率是有限的,当雪达到一定的厚度时除雪机将无法正常工作,雪的厚度也影响着除雪的进度。

由此可知除雪的进程是受多方面因素的影响的,除雪的进度和雪的厚度是变量。

通过找出除雪进度和雪积累厚度的一些关系进行更进一步的分析。

考虑下雪的速度是否可变,如果是可变的进行合理的假设,因为有10公里我们也可以考虑地域的影响。

模型假设.1在除雪机开始扫雪时,雪的厚度刚好达到0.5米厚;2在除雪机开始扫雪后,总共下了一个小时的雪.3当雪的厚度达到1.5米时,除雪机将无法工作;.4在没有雪的路面上除雪机的行驶速度为每秒13米。

模型设计模型的解法与结果5. 参考文献数学建模案例精选朱道元等编著北京:科学出版社,2003 五、复述题(21分)R. 椅子放稳模型(3n+2)论文题目:椅子放稳模型的问题分析论文摘要:在日常生活中,将一张四条腿一样长的椅子放在不平的地面上,通常只有三只脚着地,而使椅子不平稳。

但我们的祖先为什么把都把椅子做成四脚连线呈正方形,矩形或等腰梯形。

请你通过建立模型解释这一现象。

关键词:椅子放稳四脚连线论文正文:一、问题重述在日常生活中,将一张四条腿一样长的椅子放在不平的地面上,通常只有三只脚着地,而使椅子不平稳。

我们通过建立模型分别解决以下问题:1.解释只需适当将椅子“挪动”几次就可使椅子放稳这一现象;2.如果椅子的四只脚构成一个平行四边形,通过适当的“挪动”能够放稳吗?3.椅子的四只脚满足什么条件通过挪动就可使椅子放稳?最后对模型进行了分析和推广。

二、模型假设为使问题简化,便于解决,我们作如下合理假设:1.椅子四条腿一样长,椅脚与地面的接触部分相对椅子所占的地面面积可视为一个点,四脚的连线呈正方形;2.地面凹凸坡面是连续变化的,沿任何方向都不会出现间断(如没有象台阶那样的情况),即地面可看作数学上的连续曲面;3.相对椅脚的间距和椅子腿的长度而言,地面是相对平坦的,即使椅子在任何位置至少有三条腿同时着地;4.挪动仅只是绕一个定点的旋转。

假设1显然是合理的。

否则即便放在平面上也不会是椅子放稳。

假设2相当于给出了椅子能够放稳的必要条件,因为如果地面高度不连续(比如在有台阶或裂缝的地方)是无法使椅子四只脚同时着地。

假设3是要排除地面上与椅脚间距和椅子腿长度的尺寸大小相当的范围内,出现深沟或凸峰(即使连续变化的),将使椅子三只脚也无法同时着地。

三:建模与分析首先,根据假设1, 椅脚连线呈正方形,而正方形以中心为对称,即正方形绕中心的旋转可以表示椅子位置的改变,于是可以用旋转角度这一变量表示椅子的位置。

如图椅脚连线为正方形ABCD ,在图所示的坐标系下对角线 AC 与ox 轴重合,椅子绕中心o 旋转角度θ 后,正方形ABCD 转至A ′B ′C ′D ′的位置,如图所示,即对角线 AC 与ox 轴的夹角表示了椅子的位置。

其次,要把椅子着地用数学符号表示出来。

如果用某个变量表示椅脚与地面的竖值距离,那么当这个距离为零时就是椅脚着地了。

椅子在不同的位置时,椅脚与地面的距离不尽相同,所以这个距离是变量θ的函数。

虽然椅子有四只脚,因而有四个距离,即每一个椅脚和地面都有一个距离。

但由假设3以及正方形关于中心的对成性,只要设两个距离就可以了。

设A 、C 两脚与地面的距离之和为)(θf ,B 、D 两脚与地面的距离之和为)(θg , 显然)(θf 、0)(≥θg 。

由假设2知)(θf 、)(θg 都是连续函数。

在由假设3知,椅子在任何位置上至少有三只脚着地,所以对于任意的θ,)(θf 、)(θg 中至少有一个为零。

当0=θ时,不妨设0)(>θf 、0)(=θg 。

另一方面,由对称性知道,旋转2π的角度后,相当于AC 和BD 互换一个位置.故有0)2(=πf ,0)2(>πg ,这样,改变椅子位置使四只脚同时着地,就归结为证明如下数学命题。

命题1已知)(θf 和)(θg 是θ的连续函数,对任意的θ,有0)()(=∙θθg f ,且)0(>f 、0)0(=g ,0)2(>πg 、0)2(=πf ,则存在]2,0[0πθ∈,使得0)()(00==θθg f .可以看到,引入变量θ和函数)(θf 和)(θg ,就把模型的假设条件和椅脚同时着地的结论用简单而精确的数学语言表示出来,从而构成了这个实际问题的数学模型。

四、模型求解令)()()(θθθg f h -=,则0)0(>h 和0)2(<πh . 由)(θf ,)(θg 的连续性知)(θh 为]2,0[π上连续函数,根据闭区间上连续函数的介质性定理, 必存在一个]2,0[0πθ∈,使0)(0=θh ,即)()(00θθg f =.因为0)()(=∙θθg f ,所以0)()(00==θθg f .五、模型的分析及推广 1. 模型分析模型的优点在于用一元变量表示了椅子的位置,用的两个函数表示了椅子四只脚与地面的距离,充分运用了正方形关于中心的对称性,使得问题得到了极大的简化,并得到了逻辑上的求解。

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