数学建模典型例题_中学教育-中考.pdf

一、人体重变化 某人的食量是10467 焦/天，最基本新陈代谢要自动消耗其中的5038 焦/天。每天的体育运动消耗热量大约是 69 焦/（千克 天）乘以他的体重（千克）。假设以脂肪形式贮存的热量 100%地有效，而 1 千克脂肪含热量 41868 焦。试研究此人体重随时间变化的规律。一、问题分析 人体重 W（t）随时间 t 变化是由于消耗量和吸收量的差值所引起的，假设人体重随时间的变化是连续变化过程，因此可以通过研究在t 时间内体重 W的变化值列出微分方程。二、模型假设 1、以脂肪形式贮存的热量 100%有效 2、当补充能量多于消耗能量时，多余能量以脂肪形式贮存 3、假设体重的变化是一个连续函数 4、初始体重为 W0 三、模型建立 假设在t 时间内：体重的变化量为 W（t+t）-W(t)；身体一天内的热量的剩余为（10467-5038-69*W（t）将其乘以t 即为一小段时间内剩下的热量；转换成微分方程为：dW(t+t)-W(t)=(10467-5038-69*W(t)dt；四、模型求解 d(5429-69W)/(5429-69W)=-69dt/41686 W(0)=W0 解得：5429-69W=（5429-69W0）e(-69t/41686)即：W（t）=5429/69-（5429-69W0）/5429 e(-69t/41686)当 t 趋于无穷时，w=81;二、投资策略模型 一、问题重述 一家公司要投资一个车队并尝试着决定保留汽车时间的最佳方案。5 年后，它将卖出所有剩余汽车并让一家外围公司提供运输。在策划下一个 5 年计划时，这家公司评估在年i的开始买进汽车并在年j的开始卖出汽车，将有净成本 aij（购入价减去折旧加上运营和维修成本）。以千元计数 aij的由下面的表给出：aij 年 2 年 3 年 4 年 5 年 6 年 1 4 6 9 12 20 年 2 5 7 11 16 年 3 6 8 13 年 4 8 11 年 5 10 请寻找什么时间买进和卖出汽车的最便宜的策略。二、问题分析 本问题是寻找成本最低的投资策略，可视为寻找最短路径问题。因此可利用图论法分析，用 Dijkstra算法找出最短路径，即为最低成本的投资策略。三、条件假设 除购入价折旧以及运营和维护成本外无其他费用；四、模型建立 二 5 11 7 三 6 4 16 6 13 8 四 一 9 12 8 11 20 五 10 六 运用 Dijikstra算法 1 2 3 4 5 6 0 4 6 9 12 20 6 9 12 20 9 12 20 12 20 20 可发现，在第二次运算后，数据再无变化，可见最小路径已经出现 即在第一年买进200 辆，在第三年全部卖出，第三年再买进 200 第六年全部卖出。乘以他的体重千克假设以脂肪形式贮存的热量地有效而千克脂肪含热量焦试研究此人体重随时间变化的规律一问题分析人体重随时间变化是由于消耗量和吸收量的差值所引起的假设人体重随时间的变化是连续变化过程因此可以通过能量以脂肪形式贮存假设体重的变化是一个连续函数初始体重为三模型建立假设在时间内体重的变化量为身体一天内的热量的剩余为将其乘以即为一小段时间内剩下的热量转换成微分方程为四模型求解解即当趋于无穷时二投资策略一家外围公司提供运输在策划下一个年计划时这家公司评估在年的开始买进汽车并在年的开始卖出汽车将有净成本购入价减去折旧加上运营和维修成本以千元计数的由下面的表给出年年年年年年年年年年请寻找什么时间买进和卖出 三、飞机与防空炮的最优策略 一、问题重述：红方攻击蓝方一目标，红方有 2 架飞机，蓝方有四门防空炮，红方只要有一架飞机突破蓝方的防卫则红方胜。其中共有四个区域，红方可以其中任意一个接近目标，蓝方可以任意布置防空炮，但一门炮只能防守一个区域，其射中概率为 1。那么双方各采取什么策略？二、问题分析 该问题显然是红方与蓝方的博弈问题，因此可以用博弈论模型来分析本问题。1、对策参与者为两方（红蓝两方）2、红军有两种行动方案，即两架飞机一起行动、两架飞机分开行动。蓝军有三种防御方案，即四个区域非别布置防空炮（记为 1-1-1-1）、一个区域布置两架一个没有另外两个分别布置一个（记为 2-1-1-0）、两个区域分别布置两架飞机另外两个没有（记为 2-2-0-0）。显然是不需要在某个区域布置 3 个防空炮的。三、问题假设：（1）红蓝双方均不知道对方的策略。（2）蓝方可以在一个区域内布置 3,4 门大炮，但是大炮数量大于飞机的数量，而一门大炮已经可以击落一架飞机，因而这种方案不可取。（3）红方有两种方案，一是让两架飞机分别通过两个区域去攻击目标，另一种是让两架飞机通过同一区域去攻击目标。（4）假设蓝方四门大炮以及红方的两架飞机均派上用场，且双方必须同时作出决策。四、模型建立 行动及其产生的结果 红方 蓝方 2 架一起 两架分开 1-1-1-1 1.0 0.00 2-1-1 0.75 0.50 2-2-0-0 0.50 0.83 由此可得赢得矩阵蓝方为 A，红方为 B A=1 0 0.75 0.50 0.50 0.83 B=0 0.25 0.5 1 0.5 0.17 乘以他的体重千克假设以脂肪形式贮存的热量地有效而千克脂肪含热量焦试研究此人体重随时间变化的规律一问题分析人体重随时间变化是由于消耗量和吸收量的差值所引起的假设人体重随时间的变化是连续变化过程因此可以通过能量以脂肪形式贮存假设体重的变化是一个连续函数初始体重为三模型建立假设在时间内体重的变化量为身体一天内的热量的剩余为将其乘以即为一小段时间内剩下的热量转换成微分方程为四模型求解解即当趋于无穷时二投资策略一家外围公司提供运输在策划下一个年计划时这家公司评估在年的开始买进汽车并在年的开始卖出汽车将有净成本购入价减去折旧加上运营和维修成本以千元计数的由下面的表给出年年年年年年年年年年请寻找什么时间买进和卖出 没有鞍点，故用混合策略模型解决本问题 设蓝方采取行动 i 的概率为 xi(i=1，2，3)，红方采取行动 j 的概率为 yj(j=1,2)，则蓝方与红方策略集分别为：S1=x=（x1，x2，x3）0 xi1,xi=1 ，S2=y=（y1，y2）0 yiv1 x1+0.5*x2+0.17*x3 v1 x1+x2+x3=1 xi=1 下列线性规划问题的解就是红军的最优混合策略 y*Min v2 y2 v2 0.25*y1+0.5*y2 v2 0.5*y1+0.17*y2 v2 y1+y2=1 yi=1 四、雷达计量保障人员分配 开展雷达装备计量保障工作中，合理分配计量保障人员是提高计量保障效能的关键。所谓合理分配是指将计量保障人员根据其专业特长、技术能力分配到不同的工作岗位上，并且使得所有人员能够发挥出最大的军事效益。现某雷达团共部署 12 种型号共 16 部雷达，部署情况及计量保障任务分区情况如表所示：区域 部署雷达 计量保障任务划分 计量保障任务数量 区域 1（雷达一营）区域 2（雷达二营）区域 3（雷达三营）A、A、B、C、D、E C、F、G、H、I D、F、J、K、L A、B1、B2、C、D、E、C、F、G、H1、H2、I D、F、J、K、L1、L2 6 6 6 说明：1保障任务分区域进行保障；乘以他的体重千克假设以脂肪形式贮存的热量地有效而千克脂肪含热量焦试研究此人体重随时间变化的规律一问题分析人体重随时间变化是由于消耗量和吸收量的差值所引起的假设人体重随时间的变化是连续变化过程因此可以通过能量以脂肪形式贮存假设体重的变化是一个连续函数初始体重为三模型建立假设在时间内体重的变化量为身体一天内的热量的剩余为将其乘以即为一小段时间内剩下的热量转换成微分方程为四模型求解解即当趋于无穷时二投资策略一家外围公司提供运输在策划下一个年计划时这家公司评估在年的开始买进汽车并在年的开始卖出汽车将有净成本购入价减去折旧加上运营和维修成本以千元计数的由下面的表给出年年年年年年年年年年请寻找什么时间买进和卖出 2B、H、L型雷达分为两个保障任务，分别为 B1、B2、H1、H2、L1、L2，其它雷达为一个保障任务；3同一区域多部相同雷达等同于一部雷达的保障任务；4不同区域的相同雷达看作不同保障任务；5每个保障人员只能保障一个任务；6每个保障任务只由一个保障人员完成。雷达的重要性由其性能和所担负的作战任务共同决定，即使同一型号的雷达在不同区域其重要性也可能不同。各雷达的重要性如下表所示（表中下标表示雷达所在保障区域）：雷达 A1 B1 C1 D1 E1 C2 F2 G2 H2 I2 D3 F3 J3 K3 L3 重要性 0.8 0.9 0.8 0.7 0.7 0.7 0.8 0.7 0.9 0.6 0.7 0.9 0.8 0.6 0.7 该雷达团修理所现在有 10 名待分配计量保障人员，他们针对不同保障任务的计量保障能力量化指标如下表所示：人员 A B1 B2 C D E F G H1 H2 I J K L1 L2 Mw1 0.8 0.3 0 0.7 0.4 0.8 0.6 0.7 0.9 0.3 0.4 0 0 0.7 0.8 Mw2 0.9 0.5 0 0.5 0 0 0.5 0.9 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 Mw3 0 0.9 0 0 0 0 0.4 0.6 0.4 0.7 0.4 0.4 0.3 0.4 0.5 Mw4 0.4 0 0 0.5 0.5 0 0.2 0 0.2 0.6 0.8 0.2 0.7 0.2 0.2 Mw5 0.7 0.8 0.7 0.6 0.7 0.3 0.3 0 0.3 0.5 0.7 0.3 0.3 0.3 0.7 Mw6 0.5 0 0.8 0.6 0.8 0.7 0.8 0 0.8 0.8 0.6 0.8 0.8 0.1 0.2 Mw7 0.5 0.9 0.4 0 0 0.2 0.3 0.4 0.3 0.3 0 0.6 0.3 0.3 0.5 Mw8 0.8 0.2 0.4 0.6 0 0.1 0.2 0.2 0.2 0.1 0 0.2 0.1 0.2 0.2 Mw9 0.4 0.7 0.5 0.5 0.3 0.6 0.7 0.8 0.7 0.6 0.4 0.3 0.7 0.6 0.2 Mw10 0.7 0.3 0.8 0.6 0.8 0.8 0.3 0.5 0.2 0 0.4 0.9 0.7 0 0 问题：如何给该团三个营分配计量保障人员，使他们发挥最大军事效益？一、问题分析：该问题是人员指派问题，目的是得到最大效益。根据保障能力测试与雷达重要性定义出效益矩阵，用 01 整数规划方法来求解，乘以他的体重千克假设以脂肪形式贮存的热量地有效而千克脂肪含热量焦试研究此人体重随时间变化的规律一问题分析人体重随时间变化是由于消耗量和吸收量的差值所引起的假设人体重随时间的变化是连续变化过程因此可以通过能量以脂肪形式贮存假设体重的变化是一个连续函数初始体重为三模型建立假设在时间内体重的变化量为身体一天内的热量的剩余为将其乘以即为一小段时间内剩下的热量转换成微分方程为四模型求解解即当趋于无穷时二投资策略一家外围公司提供运输在策划下一个年计划时这家公司评估在年的开始买进汽车并在年的开始卖出汽车将有净成本购入价减去折旧加上运营和维修成本以千元计数的由下面的表给出年年年年年年年年年年请寻找什么时间买进和卖出得到最大效益矩阵。二、模型假设 1保障任务分区域进行保障；2B、H、L型雷达分为两个保障任务，分别为 B1、B2、H1、H2、L1、L2，其它雷达为一个保障任务；3同一区域多部相同雷达等同于一部雷达的保障任务；4不同区域的相同雷达看作不同保障任务；5每个保障人员只能保障一个任务；6每个保障任务只由一个保障人员完成。三、模型建立 根据题目列出保障人员能力量化指标矩阵：007.09.03.08.04.002.05.03.06.08.08.06.08.03.07.02.06.07.03.07.03.04.06.07.08.07.05.06.03.05.05.07.04.02.02.01.02.02.0001.02.02.02.06.01.006.04.02.08.05.03.03.06.03.0003.03.04.03.002.0004.09.05.02.01.08.08.08.08.06.08.08.008.06.07.08.06.08.005.07.03.03.03.03.07.07.05.03.003.06.03.07.06.07.08.05.02.02.07.02.02.05.08.06.02.002.05.005.05.0007.05.04.03.04.04.004.07.04.06.04.0000009.005.05.05.05.05.005.05.05.05.05.05.0005.005.09.08.07.0006.04.04.03.09.07.06.07.08.04.07.003.08.0A 根据题目，设保障任务的重要性向量),.,(21ibbbB，bi 表示第 i 个任务的重要性。列出保障任务重要性向量：7.07.06.08.09.07.06.09.09.07.08.07.07.07.08.09.09.08.0B我们用二者的乘积表示效益矩阵：BAR。我们设元素 rij表示第 i 个人完成 j 件事的效益,Xij表示第 i 个人去保障第 j 件任务，如果是，其值为 1，否则为0。利用这一个矩阵和 0-1 规划，我们就可以列出方程：乘以他的体重千克假设以脂肪形式贮存的热量地有效而千克脂肪含热量焦试研究此人体重随时间变化的规律一问题分析人体重随时间变化是由于消耗量和吸收量的差值所引起的假设人体重随时间的变化是连续变化过程因此可以通过能量以脂肪形式贮存假设体重的变化是一个连续函数初始体重为三模型建立假设在时间内体重的变化量为身体一天内的热量的剩余为将其乘以即为一小段时间内剩下的热量转换成微分方程为四模型求解解即当趋于无穷时二投资策略一家外围公司提供运输在策划下一个年计划时这家公司评估在年的开始买进汽车并在年的开始卖出汽车将有净成本购入价减去折旧加上运营和维修成本以千元计数的由下面的表给出年年年年年年年年年年请寻找什么时间买进和卖出 mjniijijxrZ11*max mijijx1 niijx11,m=n model:sets:M/1.10/;N/1.18/:a;allowed(M,N):b,r,x;endsets data:a=0.8 0.9 0.9 0.8 0.7 0.7 0.7 0.8 0.7 0.9 0.9 0.6 0.7 0.9 0.8 0.6 0.7 0.7;b=0.8 0.3 0 0.7 0.4 0.8 0.7 0.6 0.7 0.9 0.3 0.4 0.4 0.6 0 0 0.7 0.8 0.9 0.5 0 0.5 0 0 0.5 0.5 0.9 0.5 0.5 0.5 0 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0 0.9 0 0 0 0 0 0.4 0.6 0.4 0.7 0.4 0 0.4 0.4 0.3 0.4 0.5 0.4 0 0 0.5 0.5 0 0.5 0.2 0 0.2 0.6 0.8 0.5 0.2 0.2 0.7 0.2 0.2 0.7 0.8 0.7 0.6 0.7 0.3 0.6 0.3 0 0.3 0.5 0.7 0.7 0.3 0.3 0.3 0.3 0.7 0.5 0 0.8 0.6 0.8 0.7 0.6 0.8 0 0.8 0.8 0.6 0.8 0.8 0.8 0.8 0.1 0.2 0.5 0.9 0.4 0 0 0.2 0 0.3 0.4 0.3 0.3 0 0 0.3 0.6 0.3 0.3 0.5 0.8 0.2 0.4 0.6 0 0.1 0.6 0.2 0.2 0.2 0.1 0 0 0.2 0.2 0.1 0.2 0.2 0.4 0.7 0.5 0.5 0.3 0.6 0.5 0.7 0.8 0.7 0.6 0.4 0.3 0.7 0.3 0.7 0.6 0.2 0.7 0.3 0.8 0.6 0.8 0.8 0.6 0.3 0.5 0.2 0 0.4 0.8 0.3 0.9 0.7 0 0;enddata max=sum(allowed(i,j):x(i,j)*r(i,j);for(M(i):for(N(j):r(i,j)=a(j)*b(i,j);for(M(i):sum(N(j):x(i,j)=1);for(N(j):sum(M(i):x(i,j)=1);for(M(i):for(N(j):bin(x(i,j);End 乘以他的体重千克假设以脂肪形式贮存的热量地有效而千克脂肪含热量焦试研究此人体重随时间变化的规律一问题分析人体重随时间变化是由于消耗量和吸收量的差值所引起的假设人体重随时间的变化是连续变化过程因此可以通过能量以脂肪形式贮存假设体重的变化是一个连续函数初始体重为三模型建立假设在时间内体重的变化量为身体一天内的热量的剩余为将其乘以即为一小段时间内剩下的热量转换成微分方程为四模型求解解即当趋于无穷时二投资策略一家外围公司提供运输在策划下一个年计划时这家公司评估在年的开始买进汽车并在年的开始卖出汽车将有净成本购入价减去折旧加上运营和维修成本以千元计数的由下面的表给出年年年年年年年年年年请寻找什么时间买进和卖出 解得最大效益为 6.63，分配方案为：第 5、7、8 号保障人员分配到区域 1，其中 8 号承担 A型，5、7 号承担 B1，B2型；第 1、2、3、4、9 号保障人员分配到区域 2，其中第 9 号保障人员承担 F型 2 号 G型，1、3 号承担 H1，H2型，4 号 I 型；第 6、10 号保障人员分配到区域 3，6 号 F型、10 号 J 型。乘以他的体重千克假设以脂肪形式贮存的热量地有效而千克脂肪含热量焦试研究此人体重随时间变化的规律一问题分析人体重随时间变化是由于消耗量和吸收量的差值所引起的假设人体重随时间的变化是连续变化过程因此可以通过能量以脂肪形式贮存假设体重的变化是一个连续函数初始体重为三模型建立假设在时间内体重的变化量为身体一天内的热量的剩余为将其乘以即为一小段时间内剩下的热量转换成微分方程为四模型求解解即当趋于无穷时二投资策略一家外围公司提供运输在策划下一个年计划时这家公司评估在年的开始买进汽车并在年的开始卖出汽车将有净成本购入价减去折旧加上运营和维修成本以千元计数的由下面的表给出年年年年年年年年年年请寻找什么时间买进和卖出