2023年数学建模习题及超详细解析超详细解析答案课后习题.pdf
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1、数学建模习题及答案课后习题 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
2、前 10 个(10 为席位数),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,这就就是 3 个宿舍分配的席位。您能解释这种方法的道理不。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)您能提出其她的方法不。用您的方法分配上面的名额。2.在超市购物时您注意到大包装商品比小包装商品便宜这种现象了不。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就是 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
3、与其她成本等决定,这些成本中有的与重量 w 成正比,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,但就是随着 w 的增加 c 减少的程度变小。解释实际意义就是什么。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,请您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
4、737 482 1389 652 454 胸围(cm)24、8 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)。如果管道就是其她形状呢。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,使加工出尽数学建模习题及答案课后习题 可能多的圆盘。6.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
5、。7.举重比赛按照运动员的体重分组,您能在一些合理、简化的假设下建立比赛成绩与体重之间的关系不。下面就是一届奥员会的竞赛成绩,可供检验您的模型。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、5 213 402、5 8 99 185 235 420 9 108 195 235 430 10 108 197、5 260
6、 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 与 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3/2wwC(,为大于 0 的常数)。(2)单位重量价格13/1wwwCc,其简图如下:显然c就是w 的减函数,说明大包装
7、比小包装的商品便宜,;曲线就是下凸的,说明单价的减数学建模习题及答案课后习题 少值随着包装的变大就是逐渐降低的,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就是相似的,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定认可上述模型,因为它对肥鱼与瘦鱼同等瞧待。如果只假定鱼的横截面积就是相似的,则横截面积与鱼身最大周长的平方成正比,于就是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 13
8、89 652 454 模型31lkw 727 469 1226 727 483 1339 675 483 模型ldkw22 730 465 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。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。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
9、=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,于就是m=132a 数学建模习题及答案课后习题 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 1
10、5/14 21/20 30/29 10 5/5 10/10 20/18 25/23 35/33 50/48 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之间的关系就是2lS,所以饲养食物量2lw。7.假设举重比赛成绩
11、y 与运动员肌肉的截面积 s 成正比,而截面积2ls(l就是某特征尺寸),体重3lw,于就是3/2wy。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。a b 数学建模习题及答案课后习题 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.简述动态模型与微分方程建模。4.按照您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(Logistic模型)与离散形式阻滞增长模型,并讨论离散形式阻滞增长模
12、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:模根据函数及其变化率之间的关系确定函数,根据建模目的与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
13、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与死亡率不同,以雌性个体数量为对象(假设性别比为 1:1),就是一种差分方程模型。6.连续形式:()y t表示某种群t时刻的数量(人口)d(1)dmyyrytN 数学建模习题及答案课后习题 离散形式:ny表示某种群第n代的数量(人口)1(1),1,2,nnnnmyyyrynNL 若nmyN,则12,nnmyyNL,*myN就是平衡点;1(1)nnnnmyyyryN的平衡点为*myN、1(1)1(1)nnnmryryyrN 的平衡点为*111
14、rxrb,其中1,/(1),()(1)nnmbr xryr Nf xbxx,此时的差分方程变为 1(1)()1,2,nnnnxbxxf xnL、由()(1)xf xbxx可得平衡点*11,0 xxb、在平衡点*0 x 处,由于(0)1fb ,因此,*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.判断下列数学模型就是否为线性规划模型。(a,b,c为常数,x,y为变量)0,12432085862.753max1212
15、1321321321xxxxxxxxxxtsxxxf)(数学建模习题及答案课后习题),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 无约束)(4231431321432
16、14321,0,0,12285327.32max4xxxxxxxxxxxxxxtsxxxxf 3.用单纯形法求解线性规划问题。数学建模习题及答案课后习题 0,18231224.52max21212121xxxxxxtsxxf 4.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 就是正定的。5.求出函数4131212221222)(xxxxxxxf的所有平稳点;问哪些就是极小点?就是否为全局极小点?6.应用梯度法于函数,10)(2221xxx
17、f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)就是 (2)不就是 (3)就是 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 4 332min3321xxxxz 0,42 33242 2237 2.65433216233215332143321xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxts(2)令 0,0,0,.0,0;0,21xxxxxxxx 0,0,0,.0,0;0,21yyyyyyyy 引入松弛变量.,ts可得到如下的标准形式:数学建模习题及答案课后习题 0,32.min212
18、12121212121tsyyxxtxxsyyxxtsyyxxz(3)解:,33311xxxxx令:可得到如下的标准形式引入松弛变量,4x 222min3321xxxxz 0,6 4.43321433213321xxxxxxxxxxxxxxts(4)解:,44422xxxxx令:可得到如下的标准形式和剩余变量引入松弛变量,65xx 0,122285327.32min65443216443132154432144321xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxtsxxxxxff 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:0,18231224.52min
19、521521423121xxxxxxxxxxtsxxff 其现成可行基),(543对应的单纯形表如下:1x 2x 3x 4x 5x f 2 5 0 0 0 0 3x 1 0 1 0 0 4 4x 0 2 0 1 0 12 5x 3 2 0 0 1 18 数学建模习题及答案课后习题 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,20040040021200400)(11212xxxxxG,经检验,200400400802)(,0)(*xGxg正定,)(xG奇异当且仅
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