《赛程安排》PPT课件

2002
赛程安排

五支球队在同一场地进行单循环比赛。共要进行10 场比赛。如何安排赛程使对各队来说都尽量公平。 下面是随便安排的一个赛程：记五支球队分别为 A、B、C、D、E，随便安排的赛程如下： A 1 B 9 2 C 3 5 7 D 6 8 10 4 B 物体内14C的含量就可以测定 死亡的时间。 分析：N(t)=N0e-λt.则 t = ln[N0/N(t)]/λ. 如果 生物体在 t = 0 时死亡, 则有 N0=N*。 如果在 t = t1 时被发掘可以得到 t1 = ln [N*/N(t1)] / λ


5.
在考古计年上的应用



四. 岩石放射性计年的等时线模型 1. 模型: N(t): t 时放射性元素含量, D(t): t 时稳定产 物含量, N0, D0: 初始值, 则有 N(t) + D(t) = N0+D0
D

D0
(N0, D0)
N

又知
N (t ) N0et
, 则有
D(t, N0 ) D0 N (t, N0 )et N (t, N0 ) D0 (et 1) N (t, N0 )


ln( m 1) T1/ 2 1.4427 mT1/ 2 ln 2




例. 1967年采集到一块包含有长石、白云母和黑云母 的岩石。用质谱仪进行分析，测的铷和锶的相对含量 如下： 长 石 白云母 黑云母 Sr 0.77 0.82 0.80 Rb 2.00 7.00 5.00 可以估得 m=0.01，r0=0.75，从而有 t = 1.4427×ln 1.01× 48.6 × 109 年 =6.97×108年。 地球的年龄约为44~46亿年，宇宙约为150~200亿 年
dN N b dt
模型有一个平衡状态 N*=b/λ，
当N>N*时元素不断减少, N<N*时元素将会增加.
表明放射性元素最终将会达到这个平衡 状态, 我们称这个现象为放射性元素的平衡。



4. 14C计年法 原理： 1.宇宙射线穿过大气，产生中子，使得14N蜕 变为14C。 2. 它与氧原子结合生成14CO2被植物吸收， 进入食物链。 3. 生物体内的14C不断衰变为14N成为气体散 失。 4. 活体还会不断吸收14C，使体内的14C维持 平衡。 5. 生物死亡后，不再吸收14C，则体内的14C 将由于蜕变，在体内的比例数将逐渐降低。

由等时线模型可知，对于任意给定的时刻 t 都有


D(t)=m N(t) + r0, 如果我们同时在岩石所含的 n 种不同的矿石中观 测到铷和锶的含量(Ni, Di), i=1,2,…,n, 则利用最小二乘法就可以给出 m, r0 的最小二乘 估计。 从而得到岩石生成的时间
t ln( m 1)

对于固定的 t 和不同的 N0, N(t) 和 D(t) 将分布在同一条直线—等时线上。 （Isochron Diagram）
D



D0
(N0, D0) N
2. 假设： 10. 岩石内同位素的含量只随放射性衰变而 变化。 20. 衰变后的生成物是稳定的, 不再衰变 30. 初始时刻稳定元素的含量是一定的。 40. 放射性元素及其衰变产物总量不变。


例2 如何估计地球的年龄？
一. 背景： 1903 居里利用放射性测定地质年代。 1907 伯尔伍德得到了放射性地质年代 的数据。 二. 问题：如何通过岩石的地质年表及 同位素的演化规律确定更可靠的地球年 龄。








三. 用于地质计年的同位素： 1. 出现于岩石形成期， 2. 具放射性的不稳定的同位素， 3. 半衰期足够长， 4.含量可以观测。 同位素 半衰期（年） 衰变系数（/年） 87 Rb 9 -11 48.6 × 10 1.43 × 10 37 238 U 9 -10 4.468 × 10 1.551 × 10 92 234 U -6 248000 2.794 × 10 92 230 Th -6 75200 9.217 × 10 90 14 C -4 5730 1.209 × 10 6



问题： P142 P143
第 2 题：14C计年法 第 3 题：铀–钍计年法


3. 模型的实现：岩石年龄的铷87Rb—锶87Sr计年 法 10.岩石内不稳定的同位素铷(87Rb)只因放射性而 衰减为稳定的锶(87Sr)， 20.铷(87Rb)的半衰期很长，为48.6 × 109 年， 30.岩石内不同的矿物质中铷(87Rb)的初始含量可 能不同， 40. 岩石生成的初始时刻中锶(87Sr)的含量相同， 50.使用质谱仪可以测量铷(87Rb)和锶(87Sr)的相 对含量Rb = 87Rb /86Sr 和 Sr = 87Sr/86Sr。
由此可得十场比赛的顺序为：
AB, BC, AD, DE, BD, AE, CD, BE, AC, CE。
这个赛程安排得公平性如何呢? 不妨只看 看各队每相邻两场比赛中间得到的休息时间 是否均等。不难统计五个队每两场比赛的相 隔场次
A: 1,2,2; B: 0,2,2; C: 4,1,0; D: 0,0,1; E: 1,1,1

例1 马王堆古尸的年龄

—考古计年模型


湖南省长沙市马王堆一号墓于 1972年8月出土。 当时测得出土的木炭样本中放射 14C的放射性蜕变物的速率为 29.78次/分， 而新砍伐烧成的木炭中放射14C 蜕变物的速率为38.37次/分。 使用14C计年法可以确定墓葬的 大致年代。

N (t ) N0e
半衰期：T1/2，
N( T1/2)=N0/2 N0e
t
T1 / 2
T1 / 2
ln 2

衰变时间：
ln N 0 ln N (t )


3. 放射性元素的平衡 如果随着放射性元素的蜕变衰减，又得到 定常速率的补充， 则放射性元素的变化可以由如下模型来描述


假设：马王堆墓葬的年代生物体中14C 的平衡数量与现代生物体中14C的平衡 数量相同。 如果出土的木炭实在墓葬的当时(t = 0 时)被砍伐烧成的, 则当 t ≥ 0 时木炭内的14C将按模型 N’= - λN，N(0)=N* 衰减。 如果墓葬在t = t1 时出土, 并且用当时新 砍伐烧成的木炭中的14C的(平衡)含量估 计墓葬的当时木炭内14C的平衡量。


20. 放射性同位素的蜕变 同位素中有稳定的和不稳定的两种。 不稳定的同位素具有放射性， 通过放射粒子而变为同一元素的不同 的同位素或者不同元素的同位素。 称之为同位素的蜕变。
14 C→ 14 N， 87 Rb→ 87 Sr， 6 7 37 38 238U→234U →230Th





并且观测得N’(t1)=29.78, N’(0)=38.37 则可以得到
t1 = ln [N*/N(t1)] / λ = ln [N’(0)/N’(t1)] T1/2 / ln 2 = ln (38.37/29.78)×5730/0.6931 =2095.

公元前120年左右西汉中期.





2. 放射性同位素衰变的数学模型： 假设： 1. 粒子同质， 2. 充分光滑， 3. 没有迁移， 4. 大量粒子的平均放射效应， 5. 环境没有影响， 6. 粒子放射相互独立。

模型：N( t ), t 时刻粒子数。
N (0) N 0 , : 衰变常数
t
dN N (t ) , dt

显然这个赛程对A, E 有利, 对 D 不公平.




从上面的例子出发讨论以下问题: 1. 对于五支球队的比赛, 给出一个各队每两场比 赛中间都至少相隔一场的赛程. 2. 当 n 支球队比赛时, 各队每两场比赛中间相隔 的场次数的上限是多少? 3. 在达到 2 的上限的条件下, 给出 n=8, n=9 的 赛程,并说明它们的编制过程. 4. 除了每两场比赛间隔场次数这一指标外, 你还 能给出哪些指标来衡量一个赛程的优劣, 并说明 3 中给出的赛程达到这些指标的程度.
§5.2
放射性计年模型



1. 同位素与放射性衰变 10. 同位素：原子中核电荷数（质子 数）相同，但具有不同的质量（中 子数）的元素称为同位素。 它们的化学性质相同，在周期表中 处于同一个位臵。有相同的元素符 号，但在左上角注名质量数，左下 角为质子数。 如：11H，21H，31H，126C，136C， 14 C，234 U，236 U 等。 6 92 92