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中学数学建模问题探究

  中图分类号:G63 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2017)06(c)-0190-02
  作为一名高中生,笔者比较喜欢数学,学习数学的根本目的是要应用到国家的建设中去,为国家的强大服务。学习过程中,要使数学课程中应用意识落到实处,一个重要的举措就是对数学建模的认识。数学建模就是用建立数学模型来解决实际问题的方法,也就是把实际的抽象问题转化为数学问题来建立模型,然后求解该数学问题,并检验修正。在中学主要有下面几类常见的数学建模问题,现分析如下。
  1 从离散的点状数据建立数学函数模型(即函数图像拟合法)
  这类问题以统计为前提 ,特别是随着时间或其他因素而渐变的量,从分散的数据中,建立带有参数的函数模型,并进行参数求解,可以对未知的(国民生产总值等)进行预测。例1:某新建成的服装厂的产量。该厂从去年九月份开始投产,并且前4个月的产量分别为3.5万件,3.7万件,3.8万件,3.88万件。由于产品质量好款式新颖,因此前几个月的销售情况良好。该厂厂长碰到了一个难题:为了制定企业生产计划,需要估测今后几个月的产量。从函数关系角度去研究,把月份看作横坐标,产量看作纵坐标,建立坐标系,将以上数据抽象为数对(1,3.5)(2,3.7)(3,3.8)(4,3.88),并在平面直角坐标系中表示出来。
  用几个点的坐标找出与之相近的模拟函数,利用函数模型来解决该实际问题,如图1所示。
  设开始生产后的第x个月份服装厂的产量为y万件。
  方案1:建立模型:(直线型拟合法)。选用一次函数,因为一次函数最简单,它是直线型的。我们的模拟函数是:y=kx+b(k≠0)。求解参数:代入(1,3.5),(2,3.7)得到方程组
  k+b=3.5 (1)
  2k+b=3.7 (2)
  求得k=0.2,b=3.3,此时y=0.2x+3.3。验证:代入 (3,3.8),(4,3.88),发现该函数模型与实际情况拟合度过低,因此应舍弃该模型。
  方案2:建立模型:(抛物线型拟合法)。选用二次函数,因为折线显然不是直线,二次函?凳俏颐鞘煜さ某<?的曲线函数。我们的模拟函数是:y=ax2+bx+c(a≠0)。求解参数:代入(1,3.5),(2,3.7),(3,3.8)得到方程组:
  a+b+c=3.5 (3)
  4a+2b+c=3.7 (4)
  9a+3b+c=3.8 (5)
  解方程组得: a=?0.05, b=0.35,c=3.2。生产月份与产量之间的关系为:y=?0.05 x2+0.35x+3.2。验证:当x=2时,y=?0.05 x2+0.35x+3.2=3.8 与实际情况(x=2时,y=3.88)有所偏差,而且根据二次函数性质,其对称轴为x=3.5,当x(代表生产月份)>3.5时y(代表该月产量)为减函数,y值不断减小,直至y=0,显然这与”产品质量好,服装款式新颖,因此前几个月的产品销售情况良好”的实际情况不相符合,无法正确预测后面几个月的服装产量,因此应舍弃该模型。
  2 从等量关系出发建立方程模型或不等式模型
  对现实生活中广泛存在的等量关系,如增长率、储蓄利息、浓度配比、工程施工及人员调配、行程、核定价格范围、盈亏平衡分析等问题,则可挖掘实际问题所隐含的数量关系可列出方程(组)转换为,转化为不等式(组)的求解或目标函数在闭区间的最值问题。
  2 从图形问题中建立数学模型
  这类数学建模问题在实际生活中较常见,比如求周长、面积、体积等的最大值、最小值问题。我们可以结合相关的几何公式,建立相应的函数模型。在实际工作中,诸如遇到工程定位、边角余料加工、拱桥计算、皮带传动、修复破残轮片、跑道的设计与计算等应用问题,涉及一定图形的性质常需建立几何模型,转化为几何问题求解,见图2。
  例2:半径为r的圆木锯成横截面为矩形的木料,怎样锯法才能使横截面的面积最大?
  当且仅当x2=4r2-x2即x=r时。即受截面矩形为正方形的面积最大。考虑到现时所学的三角函数的角 ,可以用角作变量。此题就有利用三角函数建立的数学模型.设对角线与一条边的夹角为θ。
  总之,数学和我们的生活息息相关,是我们学习和工作的一种工具,不但可以帮助我们解决现实生活中的好多问题,还可以加深我们对其它学科的理解。数学模型不但能够解决抽象的数学问题,对我们掌握其他学科知识、探讨边缘学科都会产生深远的影响。

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