姜启源-数学模型第五版-第1章ppt课件.pptx
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1、为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 用数学方法解决任何一个实际问题,都必须在用数学方法解决任何一个实际问题,都必须在实际与数学之间架设一座实际与数学之间架设一座桥梁桥梁.数学数学各门科学的各门科学的基础基础;社会进步的;社会进步的工具工具.解决过程解决过程实际问题转化为数学问题;实际问题转化为数学问题;数学数学问题的求解;数学解答回归实际问题问题的求解;数学解答回归实际问题.这个全过程称为这个全过程称为数学建模数学建模为实际问题建立为实际问题建立数学模型数学模型.第一章 建立数学模型为深入学习习近平新时代中国特色社会主
2、义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1.1 从从现实对象到数学模型现实对象到数学模型1.2 数学数学建模的重要建模的重要意义意义1.3 建模建模示例之一示例之一 包饺子包饺子中的数学中的数学1.4 建模建模示例之示例之二二 路障路障间距的设计间距的设计1.5 建模建模示例之示例之三三 椅子椅子能在不平能在不平的的 地面上地面上放稳吗放稳吗1.6 数学数学建模的基本方法和步骤建模的基本方法和步骤1.7 数学模型数学模型的特点和的特点和分类分类1.8 怎样学习怎样学习数学建模数学建模学习课程学习课程 和参加竞赛和参加竞赛第 一章 建立数学模型为深入学习习近平新
3、时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能玩具、照片、飞机、火箭模型玩具、照片、飞机、火箭模型 实物模型实物模型水箱中的舰艇、风洞中的飞机水箱中的舰艇、风洞中的飞机 物理模型物理模型地图、电路图、分子结构图地图、电路图、分子结构图 符号模型符号模型模型模型是为了一定目的,对客观事物的是为了一定目的,对客观事物的一部分一部分进行简缩、抽象、提炼出来的进行简缩、抽象、提炼出来的原型原型的替代物的替代物.模型模型集中反映了集中反映了原型原型中人们需要的那一部分特征中人们需要的那一部分特征.1.1 从现实对象到数学模型从现实对象到数学模型我们常见的模型
4、我们常见的模型为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能你碰到过的数学模型你碰到过的数学模型“航行问题航行问题”用用 x 表示船速,表示船速,y 表示水速,列出方程:表示水速,列出方程:答:船速为答:船速为20km/h.甲乙两地相距甲乙两地相距750km,船从甲到乙顺水航行需,船从甲到乙顺水航行需30h,从乙到甲逆水航行需从乙到甲逆水航行需50h,问船的速度是多少,问船的速度是多少?x=20y=5求解求解为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能航行问题航行问
5、题建立数学模型的基本步骤建立数学模型的基本步骤 作出简化假设(船速、水速为常数)作出简化假设(船速、水速为常数)用符号表示有关量(用符号表示有关量(x,y分别表示船速和水速)分别表示船速和水速)用物理定律(匀速运动的距离等于速度乘以用物理定律(匀速运动的距离等于速度乘以 时间)列出数学式子(二元一次方程)时间)列出数学式子(二元一次方程)求解得到数学解答(求解得到数学解答(x=20,y=5)回答原问题(船速回答原问题(船速为为20km/h)为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能数学模型数学模型(Mathematical M
6、odel)和和数学建模(数学建模(Mathematical Modeling)对于一个对于一个现实对象现实对象,为了一个,为了一个特定目的特定目的,根据其根据其内在规律内在规律,作出必要的,作出必要的简化假设简化假设,运用适当的运用适当的数学工具数学工具,得到的一个,得到的一个数学表述数学表述.建立数学模型的全过程建立数学模型的全过程(包括表述、求解、解释、检验等)(包括表述、求解、解释、检验等)数学模型数学模型数学建模数学建模为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能欧几里德欧几里德 几何原本几何原本光反射定律光反射定律阿基
7、米德阿基米德 浮力定律浮力定律杠杆原理杠杆原理伽利略伽利略 牛顿牛顿 落体定律落体定律惯性原理惯性原理万有引力定律万有引力定律微积分微积分数学建模历史悠久数学建模历史悠久直到直到20世纪后半叶数学建模才逐渐得到普遍重视世纪后半叶数学建模才逐渐得到普遍重视和广泛应用,并且进入大学的课堂和广泛应用,并且进入大学的课堂.1.2 数学建模的重要意义数学建模的重要意义为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 计算机技术的出现和迅速计算机技术的出现和迅速发展发展,为为数学建模的数学建模的应用应用 提供提供了强有力的工具了强有力的工具.数
8、学迅速进入一些诸如经济、生态、人口、地质数学迅速进入一些诸如经济、生态、人口、地质等等 领域领域,为数学建模开拓了许多新的处女地,为数学建模开拓了许多新的处女地.科技进步与社会发展的推动科技进步与社会发展的推动 高新技术中数学建模与科学计算是必不可少的高新技术中数学建模与科学计算是必不可少的手段手段 数学数学科学是关键的、普遍的、可应用的技术科学是关键的、普遍的、可应用的技术.数学建模引入教学顺应时代发展的潮流数学建模引入教学顺应时代发展的潮流为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能数学建模的具体应用数学建模的具体应用 分析
9、与设计分析与设计 预报与决策预报与决策 控制与优化控制与优化 规划与管理规划与管理数学建模计算机技术知识经济知识经济如虎添翼如虎添翼为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能为教育改革注入强大活力为教育改革注入强大活力 数学教育本质上是一种数学教育本质上是一种素质教育素质教育.数学教育应培养两种能力:数学教育应培养两种能力:算数算数学学(计算计算、推导、推导、证明证明)和和用用数学数学(分析分析、解决实际问题、解决实际问题).).传统的数学教学体系和内容偏重前者,忽略后者传统的数学教学体系和内容偏重前者,忽略后者.让学生参加将
10、数学让学生参加将数学应用于实际应用于实际的尝试的尝试,参与参与发现发现 和和创造创造的过程的过程.数学建模引入教学数学建模引入教学符合教育改革的需要符合教育改革的需要 传统的数学教学体系和内容偏重前者,忽略后者传统的数学教学体系和内容偏重前者,忽略后者.为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能通常,通常,1kg馅馅,1kg面面,包包100个饺子个饺子.问题问题分析分析直观认识直观认识“大饺子包的馅多大饺子包的馅多”!但是:但是:“用的面皮也多用的面皮也多”!需要比较需要比较:饺子从小变大时饺子从小变大时馅和面馅和面增加增加的
11、数量关系的数量关系.今天,馅比今天,馅比 1kg多多,1kg面面不变不变,要要把馅包完把馅包完.应多包几应多包几个个(每个小些每个小些),还是还是少包几少包几个个(每个大些每个大些)?1.3 建模建模示例之一示例之一 包饺子包饺子中的数学中的数学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能体积体积V、面积、面积S一个大饺子一个大饺子V和和 nv 哪个大哪个大?SVV比比 nv大多少大多少?定性分析定性分析定量结果定量结果分析分析建立建立馅馅、皮与数学概念皮与数学概念的的联系联系:馅馅体积体积,皮皮表面积表面积体积体积v、面积面积
12、sn个小饺子个小饺子sssvvv为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1.1.皮的厚度一样皮的厚度一样2.2.饺子的形状一样饺子的形状一样 两个两个 k1(及及k2)一样一样R 大皮半径大皮半径r 小皮半径小皮半径(1),(2),(3)假设假设建模建模消去消去S,s,k体积与面积的联系体积与面积的联系半径(特征半径半径(特征半径)为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能解释解释V 比比 nv 大大(n1)大饺子包得馅大饺子包得馅多多.定性分析定性分析定量
13、结果定量结果若若100个饺子包个饺子包1kg馅馅,50个饺子能包多少馅个饺子能包多少馅?应用应用n1=100,n2=50 50个饺子能包个饺子能包1.4kg1.4kg馅馅.n1v1=1(kg),n2v2=?n2v2=为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能讨论讨论饺子数量减少一倍,真的就能饺子数量减少一倍,真的就能多包多包40%的的馅馅吗吗?饺子越大,面皮饺子越大,面皮应该越厚应该越厚.若若100个饺子包个饺子包1kg馅馅,50个饺子能个饺子能包包1.4kg1.4kg馅馅.可以对可以对“皮的厚度随着半径变大而皮的厚度随着半径
14、变大而增加增加”的数量的数量关系作出关系作出合理、简化的假设合理、简化的假设,重新建模,重新建模.“皮皮的厚度的厚度一样一样”的的假设值得探讨!假设值得探讨!为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 用用数学语言数学语言(体积和表面积体积和表面积)表示现实对象表示现实对象(馅和皮馅和皮).).作出简化、合理的作出简化、合理的假设假设(厚度一样,形状一样厚度一样,形状一样).).利用问题蕴含的内在利用问题蕴含的内在规律规律(体积和表面积与半径体积和表面积与半径间间 的的几何关系几何关系).).包饺子建模过程的基本、关键步骤包饺
15、子建模过程的基本、关键步骤 日常生活日常生活中有哪些可用中有哪些可用这个这个模型解释模型解释的的现象?现象?为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能校园、居民小区道路需要校园、居民小区道路需要限制车速限制车速设置路障设置路障 限制车速限制车速40km/h,相距相距多远设置一个路障?多远设置一个路障?汽车过路障汽车过路障时速度时速度接近接近零零,过过路障路障后后加速加速.车速达到车速达到40km/h时让司机看到下时让司机看到下一路障而一路障而减速减速,至至路障处车速又接近路障处车速又接近零零.如此循环以达到如此循环以达到限速限
16、速的的目的目的.背景背景问题问题分析分析 1.4 建模建模示例之二示例之二 路障路障间距的设计间距的设计为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能加速度、减速度:加速度、减速度:方法一方法一 查阅资料查阅资料 方法二方法二 进行测试进行测试 速度(速度(km/h)010203040时间(时间(s)01.63.04.25.0加速行驶加速行驶的测试数据的测试数据减速行驶减速行驶的测试数据的测试数据 速度(速度(km/h)403020100时间(时间(s)02.24.05.56.8相邻路障之间汽车作相邻路障之间汽车作等加速运动等加速
17、运动和和等等减速运动减速运动.假设假设 路障间距的设计路障间距的设计 为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能加速行驶:距离加速行驶:距离s1,时间,时间t1,加速度加速度a1 减速行驶:距离减速行驶:距离s2,时间,时间t2,减速度减速度a2 限速限速vmax 相邻路障间行驶总距离相邻路障间行驶总距离 给定给定vmax,由测试数据估计,由测试数据估计a1,a2,建模建模 s=路障间距路障间距路障间距的设计路障间距的设计 为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育
18、人功能t=cv+d 最小二乘法最小二乘法 设计路障间距设计路障间距67m 大致线性关系大致线性关系计算计算 减速行驶减速行驶vt加速行驶加速行驶vt测试测试数据作图数据作图a1=1/c1,a2=-1/c2d1,d2 01m/s=3.6km/hvmax=11.1(m/s)c1=0.4536,c2=-0.6084,s=65.5556(m)66.5估算估算(s2/m)(s2/m)407540为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 作出简化、合理的作出简化、合理的假设假设(等等加速和等减速加速和等减速行驶行驶).).利用问题蕴含的
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