【标题】第6章 数学建模 [新课程标准] [新学法解读] 1.了解数学建模的意义. 2.了解数学建模的基本过程.(重点) 1.经历数学建模的过程,培养数学抽象与数据分析素养. 2.通过数学建模解决实际问题的过程,提升数学运算、逻辑推理与直观想象素养. 一、数学建模简介 1.模型准备 首先要了解问题的实际背景,明确建模目的,收集必要的各种信息,尽量弄清对象的特征. 2.模型假设 根据对象的特征和建模目的,对问题进行必要的、合理的简化,用明确的语言作出假设,是建模至关重要的一步,如果对问题的所有因素一概考虑,无疑是一种有勇气但方法欠佳的行为,所以高超的建模者能发挥想象力、洞察力和判断力,善于辨别主次,而且为了使处理方法简单,应尽量使问题线性化. 3.模型构成 根据所作的假设分析对象的因果关系,利用对象的内在规律和适当的数学工具,构造各个量间的等量关系或数学结构.这时,我们便会进入广阔的数学应用天地,不过我们应当牢记,建立模型是为了让更多的人明了并能加以应用,因此工具越简单越有价值. 4.模型求解 一道实际问题的解决往往需要复杂的计算,许多时候需要用计算机技术将运行情况模拟出来. 5.模型分析 对模型解答进行数学上的分析,能否对模型结果作出细致精当的分析,决定了你的模型是否达到更高的层次.不论哪种情况都要进行误差分析,数据稳定性分析. 二、数学建模解决实际问题实例 案例1 1.问题 衣服脏了要洗,我们要节约用水,这就提出了一个数学问题,用一定量的水如何把衣服洗得尽量干净?为了把问题说清楚,我们把实际问题数学化. 现在衣服已经搓揉的很充分了,需要漂洗,因为不可能把水完全拧干,故假设每次拧干后,衣服上还残留1公斤含有污物的水,那么用20公斤清水来漂洗,怎样才能漂洗的更干净? 2.建模与解模 如果一下子把衣服放到20公斤清水里,那么连同那1公斤含有污物的水,一共21公斤水,污物均匀分布在这21公斤水里,拧干后,衣服上还有1公斤水,所以污物残留量是原来的. 通常你不会这么办,你会把20公斤水分两次用,比如第一次用5公斤,使污物减少到,再用剩下来的15公斤,污物减少到,即,分两次洗得效果好多了. 同样分两次洗,也可以每次用10公斤,每次都使污物减少到原来的,两次可以达到减少到原来的()2=的效果. 要是不怕麻烦,每次用5公斤水,分四次洗呢?每次都使污物减少到上一次的,四次后,污物减少到原来的()4=,效果更好. 一般的,设衣服充分拧干后残存水量w公斤,其中含污物m公斤,清洗用水A公斤,把A公斤水分成n次使用,n次用水量依次为a1,a2,…,an,经过n次漂洗后,衣服上还有多少污物呢? 第1次漂洗后,衣服上残留污物m1=, 第2次漂洗后,衣服上残留污物m2=, … 第n次漂洗后,衣服上残留物mn=, 现在的问题是 是不是把水分的越均匀,洗得越干净? 对于固定的次数n,如何选取a1,a2,…,an,才能使mn=最小呢? 注意到(1+)+(1+)+…+(1+)=n+(定值),不难知道,当1+=1+=…=1+,即a1=a2=…=an时,(1+)(1+)…(1+)取到最大值[]n=(1+)n,此时mn取到最小值,这就告诉我们每次用水量相等时,洗得最干净. 3.检验 以上过程是一个完整的过程,在这之后,我们还可以做进一步的工作: (1)改造已有模型,可通过改进假设,建立新的模型,使新的模型更接近实际. (2)讨论模型的特征,扩大模型的适用范围,以解决更多的问题. (3)深入分析实际情境,提出新的问题,进行新问题解决的数学建模活动. 案例2 包装彩绳 【目的】在把实际问题转化为数学问题的过程中,说明数学建模素养不同水平的表现,体会评价的满意原则和加分原则. 【情境】春节期间,佳怡去探望奶奶,她到商店买了一盒点心,为了美观起见,售货员对点心盒做了 ... ...
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