2022年数学建模习题及答案课后习题 .pdf
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1、第一部分课后习题1.学校共 1000 名学生, 235 人住在 A 宿舍, 333 人住在 B 宿舍, 432 人住在 C 宿舍。学生们要组织一个10 人的委员会,试用下列办法分配各宿舍的委员数:(1)按比例分配取整数的名额后,剩下的名额按惯例分给小数部分较大者。(2)2.1 节中的 Q 值方法。(3)dHondt方法:将 A,B,C 各宿舍的人数用正整数n=1,2,3,相除,其商数如下表:1 2 3 4 5 A 235 117.5 78.3 58.75 B 333 166.5 111 83.25 C 432 216 144 108 86.4 将所得商数从大到小取前10 个( 10 为席位数)
2、,在数字下标以横线,表中A, B,C 行有横线的数分别为2,3,5,这就是 3 个宿舍分配的席位。你能解释这种方法的道理吗。如果委员会从10 人增至 15 人,用以上 3 种方法再分配名额。将 3 种方法两次分配的结果列表比较。(4)你能提出其他的方法吗。用你的方法分配上面的名额。2.在超市购物时你注意到大包装商品比小包装商品便宜这种现象了吗。比如洁银牙膏50g装的每支1.50 元,120g 装的 3.00 元,二者单位重量的价格比是1.2:1。试用比例方法构造模型解释这个现象。(1)分析商品价格C 与商品重量w 的关系。价格由生产成本、包装成本和其他成本等决定,这些成本中有的与重量w 成正比
3、,有的与表面积成正比,还有与w 无关的因素。(2)给出单位重量价格c 与 w 的关系,画出它的简图,说明w 越大 c 越小,但是随着w的增加 c 减少的程度变小。解释实际意义是什么。3.一垂钓俱乐部鼓励垂钓者将调上的鱼放生,打算按照放生的鱼的重量给予奖励,俱乐部只准备了一把软尺用于测量,请你设计按照测量的长度估计鱼的重量的方法。假定鱼池中只有一种鲈鱼,并且得到8 条鱼的如下数据(胸围指鱼身的最大周长):身长(cm)36.8 31.8 43.8 36.8 32.1 45.1 35.9 32.1 重量( g)765 482 1162 737 482 1389 652 454 胸围(cm)24.8
4、21.3 27.9 24.8 21.6 31.8 22.9 21.6 先用机理分析建立模型,再用数据确定参数4.用宽 w 的布条缠绕直径d 的圆形管道,要求布条不重叠,问布条与管道轴线的夹角应多大(如图) 。若知道管道长度,需用多长布条(可考虑两端的影响)。如果管道是其他形状呢。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 22 页 - - - - - - - - - 5.用已知尺寸的矩形板材加工半径一定的圆盘,给出几种简便、有效的排列方法,使加工出尽可能多的圆盘。6.
5、动物园里的成年热血动物靠饲养的食物维持体温基本不变,在一些合理、简化的假设下建立动物的饲养食物量与动物的某个尺寸之间的关系。7.举重比赛按照运动员的体重分组,你能在一些合理、简化的假设下建立比赛成绩与体重之间的关系吗。下面是一届奥员会的竞赛成绩,可供检验你的模型。组别最大体重(kg)抓举(kg)挺举(kg)总成绩(kg)1 54 132.5 155 287.5 2 59 137.5 170 307.5 3 64 147.5 187.5 335 4 70 162.5 195 357.5 5 76 167.5 200 367.5 6 83 180 212.5 392.5 7 91 187.5 21
6、3 402.5 8 99 185 235 420 9 108 195 235 430 10 108 197.5 260 457.5 第一部分课后习题答案1.按照题目所给方法(1) , (2) , (3)的席位分配结果如下表:宿舍(1)(2)(3)( 1)(2)(3)A 3 2 2 4 4 3 B 3 3 3 5 5 5 C 4 5 5 6 6 7 总计10 10 10 15 15 15 2.(1)生产成本主要与重量w 成正比,包装成本主要与表面积s 成正比,其它成本也包含与 w 和 s成正比的部分,上述三种成本中都含有与w,s 均无关的成分。又因为形状一定时一般有3/2ws,故商品的价格可表为
7、3/2wwC(,为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 22 页 - - - - - - - - - 大于 0 的常数)。(2)单位重量价格13/1wwwCc,其简图如下:显然 c 是 w 的减函数,说明大包装比小包装的商品便宜,;曲线是下凸的,说明单价的减少值随着包装的变大是逐渐降低的,不要追求太大包装的商品。3.对于同一种鱼不妨认为其整体形状是相似的,密度也大体上相同,所以重量w 与身长l的立方成正比,即31lkw,1k为比例系数。常钓得较肥的鱼的垂钓者不一
8、定认可上述模型,因为它对肥鱼和瘦鱼同等看待。如果只假定鱼的横截面积是相似的,则横截面积与鱼身最大周长的平方成正比,于是ldkw22,2k为比例系数。利用数据估计模型中的系数可得1k=0.014,2k=0.0322,将实际数据与模型结果比较如下表:实际重量(g)765 482 1162 737 482 1389 652 454 模型31lkw727 469 1226 727 483 1339 675 483 模型ldkw22730 465 1100 730 483 1471 607 483 基本上满意。4.将管道展开如图:可得cosdw,若 d一定, w 趋于 0,趋于/2;w 趋于d,趋于 0
9、。若管道长度为l,不考虑两端的影响时布条长度显然为dl/w,若考虑两端影响,则应加上dw/sin。对于其它形状管道,只需将d 改为相应的周长即可。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 22 页 - - - - - - - - - 5.设圆盘半径为单位1,矩形板材长a,宽 b;可以精确加工,即圆盘之间及圆盘与板材之间均可相切。方案一:圆盘中心按正方形排列,如下图1,圆盘总数为1N=a/2b/2 方案二:圆盘中心按六角形排列,如下图2,行数m 满足2+(m-1)3a
10、,于是m=132a图 1 图 2 列数(按图2 第 1 行计数) n 满足:若 b为奇数,则各行圆盘数相同为(b-1)/2;若b 为偶数,则奇数行圆盘数为b/2 ,偶数行圆盘数为b/2-1 。圆盘总数为)2(2/12/)1() 1(2/ )1(2bmbmN其中( 1)为: m 为偶数。(2)为: m 为奇数, b 为偶数。两个方案的比较见下表(表中数字为1N/2N):3 5 8 10 14 20 4 2/2 4/4 8/7 10/9 14/13 20/19 7 3/3 6/6 12/11 15/14 21/20 30/29 10 5/5 10/10 20/18 25/23 35/33 50/4
11、8 15 7/8 14/16 28/28 35/36 49/52 70/76 20 10/11 20/22 40/39 50/50 70/72 100/105 当 a,b 较大时,方案二优于方案一。其它方案,方案一、二混合,若a=b=20,3 行正方形加8 行六角形,圆盘总数为106。6.假设处于静止状态的动物的饲养食物量主要用于维持体温不变,且动物体内热量主要通过它的表面积散失,对于一种动物其表面积S 与某特征尺寸l之间的关系是2lS,所以饲养食物量2lw。7.假设举重比赛成绩y 与运动员肌肉的截面积s 成正比,而截面积2ls(l是某特征尺寸),体重3lw,于是3/2wy。a b 名师资料总
12、结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 22 页 - - - - - - - - - 用举重总成绩检验这个模型,结果如下图3;如果用举重总成绩拟合wy,可得=0.57,结果如下图4。图 3 图 4 第二部分课后习题1.Malthus 模型预测的优缺点。2.阻滞增长模型预测的优缺点。3.简述动态模型和微分方程建模。4.按照你的观点应从那几个方面来建立传染病模型。5.叙述 Leslie 人口模型的特点。并讨论稳定状况下种群的增长规律。6.试比较连续形式的阻滞增长模型(Logis
13、tic 模型 )和离散形式阻滞增长模型, 并讨论离散形式阻滞增长模型平衡点及其稳定性。第二部分课后习题答案1.优点 : 短期预报比较准确; 缺点 : 不适合中长期预报; 原因 : 预报时假设人口增长率为常数, 没有考虑环境对人口增长的制约作用。2.优点 : 中期预报比较准确; 缺点 : 理论上很好, 实用性不强 ; 原因 : 预报时假设固有人口增长率以及最大人口容量为定值。实际上这两个参数很难确定,而且会随着社会发展情况变化而变化。3.动态模型 : 描述对象特征随时间(空间 )的演变过程 , 分析对象特征的变化规律, 预报对象特征的未来性态, 研究控制对象特征的手段;微分方程建模: 模根据函数
14、及其变化率之间的关系确定函数, 根据建模目的和问题分析作出简化假设, 按照内在规律或用类比法建立微分方程。4.描述传染病的传播过程, 分析受感染人数的变化规律, 预报传染病高潮到来的时刻, 预防传染病蔓延的手段, 按照传播过程的一般规律,用机理分析方法建立模型。5.不同年龄组的繁殖率和死亡率不同, 以雌性个体数量为对象(假设性别比为1:1), 是一种差分方程模型。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 22 页 - - - - - - - - - 6.连续形式 :
15、 ( )y t表示某种群t时刻的数量 (人口 ) d(1)dmyyrytN离散形式 : ny表示某种群第n代的数量 (人口 ) 1(1),1,2,nnnnmyyyrynN若nmyN, 则12,nnmyyN, *myN是平衡点 ; 1(1) nnnnmyyyryN的平衡 点 为*myN. 1(1)1(1)nnnmryryyrN的 平 衡 点为*111rxrb, 其 中1,/ (1),( )(1)nnmbr xr yr Nfxbxx, 此时的差分方程变为1(1)()1,2,nnnnxbxxf xn. 由( )(1)xfxbxx可得平衡点*11,0 xxb. 在平衡点*0 x处,由于(0)1fb,因
16、此 , *0 x不稳定 . 在在平衡点*11xb处, 因*()(12)2fxbxb,所以(i) *()13fxb当3b时, 平衡点*11xb不稳定 ; (ii) *()1fx13b当13b时, 平衡点*11xb不稳定 . 第三部分课后习题1.判断下列数学模型是否为线性规划模型。(a,b,c为常数, x,y 为变量)名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 22 页 - - - - - - - - - 0,12432085862.753max1212132132132
17、1xxxxxxxxxxtsxxxf)(), 2, 1(0),2, 1(.max)2(11njxmibxatsxcfjnjijijnjjj), 2, 1;, 2, 1(.,min321212mjmicyxtsybxafijiinjjjmiii)(2.将下述线性规划问题化为标准形式。取值无约束)(321321321321321,62,063244239232min1xxxxxxxxxxxxxxxZ无约束)(yxxyxyxZ,32|max2无约束)(321321321321,0,064.22min3xxxxxxxxxtsxxxf名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - -
18、 - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 22 页 - - - - - - - - - 无约束)(423143132143214321,0,0,12285327.32max4xxxxxxxxxxxxxxtsxxxxf3.用单纯形法求解线性规划问题。0,18231224.52max21212121xxxxxxtsxxf4.检验函数212212)1()(100)(xxxxf在Tx)1 ,1 (*处有*,0 Gg正定,从而*x为极小点。证明G 为奇异当且仅当005.0212xx,从而证明对所有满足0025.0)(xf的 x,G是正定的。5.求
19、出函数4131212221222)(xxxxxxxf的所有平稳点; 问哪些是极小点?是否为全局极小点?6.应用梯度法于函数,10)(2221xxxf取.)1 ,1 .0()1(Tx迭代求.)2(x第三部分课后习题答案1.答案:(1)是(2)不是(3)是2.答案:(1)式:,可得到如下的标准形及剩余变量引入松弛变量令5642233311,.2, ,xxxxxxxxxx名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页,共 22 页 - - - - - - - - - 4 332mi
20、n3321xxxxz0, , , , 42 33242 2237 2.65433216233215332143321xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxts(2)令0,0,0,.0,0; 0,21xxxxxxxx0,0,0,.0,0; 0,21yyyyyyyy引入松弛变量.,ts可得到如下的标准形式:0,32.min21212121212121tsyyxxtxxsyyxxtsyyxxz(3)解: ,33311xxxxx令:可得到如下的标准形式引入松弛变量,4x 222min3321xxxxz0, , , 6 4 .43321433213321xxxxxxxxxxxxxxts(4)解:
21、 ,44422xxxxx令:可得到如下的标准形式和剩余变量引入松弛变量,65xx0, , ,122285327. 32min65443216443132154432144321xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxtsxxxxxff名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页,共 22 页 - - - - - - - - - 3.答案:在上述问题的约束条件中加入松弛变量543,xxx,将原问题化成标准形式如下:0,18231224. .52min521521423121
22、xxxxxxxxxxtsxxff其现成可行基),(543对应的单纯形表如下:1x2x3x4x5xf 2 5 0 0 0 0 3x 1 0 1 0 0 4 4x 0 2 0 1 0 12 5x3 2 0 0 1 18 换基迭代,得换基迭代,得故最优解为TX)0 ,0,2,6 ,2(*,目标函数的最优值为34*f. 4.证明:)(20022400400)(21213121xxxxxxxg,1x2x3x4x5xf 2 0 0 - 5/2 0 -30 3x 1 0 1 0 0 4 2x 0 1 0 1/2 0 6 5x3 0 0 -1 1 6 1x2x3x4x5xf 0 0 0 -11/6 -2/3
23、-34 3x 0 0 1 1/3 -1/3 2 2x 0 1 0 1/2 0 6 1x1 0 0 -1/3 1/3 2 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页,共 22 页 - - - - - - - - - 20040040021200400)(11212xxxxxG,经检验,200400400802)(, 0)(*xGxg正定,)(xG奇异当且仅当,0)(xG即005.0212xx。若04008000080000021200400221212xxxx,即0005
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