数学建模說座
数学建模讲座
第一章建立数学模型 什么是数学模型 玩具、照片. 实物模型 我们常见 风洞中的飞机. 物理模型 的模型 地图、电路图 符号模型 模型是为了一定目的,对客观事物的一部分冼进行 筍缩、抽象、提炼出来的原型的替代物。 模型集中反映了原型中人们淠要的邪一部分特征
玩具、照片… ~ 实物模型 风洞中的飞机… ~ 物理模型 地图、电路图… ~ 符号模型 模型是为了一定目的，对客观事物的一部分进行 简缩、抽象、提炼出来的原型的替代物。 模型集中反映了原型中人们需要的那一部分特征。 我们常见 的模型 什么是数学模型 第一章 建立数学模型
你碰到过的数学模型—“航行问题 甲乙两地相距750公里,船从甲到乙顺水航行需30小时, 从乙到甲逆水航行需50小时,问船的速度是多少。 用表示船速,y表示水速,列出方程 (x+y)×30=750 (x-y)×50=750 求解得到x=20y=5,答:船速每小时20公里
你碰到过的数学模型——“航行问题” 甲乙两地相距 750 公里，船从甲到乙顺水航行需 30 小时， 从乙到甲逆水航行需 50 小时，问船的速度是多少。 用x表示船速，y表示水速，列出方程： ( ) 50 750 ( ) 30 750 − = + = x y x y 求解得到 x=20, y=5, 答：船速每小时20公里
航行问题建立数学模型的基本步骤 作出简化假设(船速、水速为常数) 用符号表示有关量(x,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 时间)列出数学式子(二元一次方程); 求解得到数学解答(x-20,y=5); 回答原问题(船速每小时20公里)
航行问题建立数学模型的基本步骤 • 作出简化假设（船速、水速为常数）； • 用符号表示有关量（x, y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 时间）列出数学式子（二元一次方程）； • 求解得到数学解答（x=20, y=5）； • 回答原问题（船速每小时20公里）
数学模塑( Mathematical model)和 数学建模( Mathematical Modeling) 数学模型:对于一个现实对象,为了一个特定目的, 根据其内在规律,作出必要的简化假设,运用适当 的数学工具,得到的一个数学结构。 数学建模:建立数学模型的全过程 (包括建立、求解、分析、检验)
数学模型 (Mathematical Model) 和 数学建模（Mathematical Modeling) 数学模型:对于一个现实对象，为了一个特定目的， 根据其内在规律，作出必要的简化假设，运用适当 的数学工具，得到的一个数学结构。 数学建模：建立数学模型的全过程 （包括建立、求解、分析、检验）
教学建模的重要意义 电子计算机的出现及飞速发展 数学以空前的广度和深度向一切领域渗透 数学建模作为用数学方法解决实际问题的第-步, 越来越受到人们的重视。 如虎添翼 数学建模 计算机技术 知识经济
数 学 建 模 的 重 要 意 义 • 电子计算机的出现及飞速发展 • 数学以空前的广度和深度向一切领域渗透 数学建模作为用数学方法解决实际问题的第一步， 越来越受到人们的重视。 数学建模 计算机技术 如虎添翼 知识经济
建模示例椅子能在不平的地面上放稳吗? 问题椅子能在不平的地面上放稳吗? 模‖1椅子四条腿一样长,椅脚与地面接触处可视为一人点,四 型脚的连线呈正方形 假 设2地面高度是连续变化的,沿任何方向都不会出现间断(没 有像台阶那样的情况),即地面可视为数学上的连续曲面; 3对于椅脚的间距和椅腿的长度而言,地面是相对平坦的, 使椅子的任何位置至少有三只脚同时着地。 模‖椅脚连线为正方形ABCD如右图) 型 构|t~椅子绕中心点O旋转角度 t 成 f(t)~AC两脚与地面距离之和 QVAX f(t),g(t)≥0 D g(t)-AC两脚与地面距离之和
建模示例 椅子能在不平的地面上放稳吗？ 问题 椅子能在不平的地面上放稳吗？ 1.椅子四条腿一样长，椅脚与地面接触处可视为一人点，四 脚的连线呈正方形； 2.地面高度是连续变化的，沿任何方向都不会出现间断（没 有像台阶那样的情况），即地面可视为数学上的连续曲面； 3.对于椅脚的间距和椅腿的长度而言，地面是相对平坦的， 使椅子的任何位置至少有三只脚同时着地。 模 型 假 设 A B C D t A‘ B‘ C‘ D‘ O x 模 型 构 成 椅脚连线为正方形ABCD(如右图)。 t ~椅子绕中心点O旋转角度 f(t)~A,C两脚与地面距离之和 g(t)~A,C两脚与地面距离之和 f(t), g(t) 0
模型构成由假设1,和g都是连续函数 由假设3,椅子在任何位置至少有三只脚 同时着地:对任意t,升t和g(t中至少有一 个为0。当t=0时,不妨设g(t)=0,t>0,原题 已知)和g()是t的连续函数对任意t)g(=0.c 归结为证明如下的数学命题: 且g(0=0,f(0)>0。则存在t,使t)=g(t)=0 模型将椅子旋转90°对角线AC与BD互换。由gO=0f(0)>0可 求解」知g(7)>02)=0 令h=f(g(t,则h(0)>0和h(2)<0,由铘g的连续性知h是连 续函数。根据连续函数的基本性质,必存在t(0<t2)使t)=0, 即ft)=g(t0) 最后,因为ft)°g(t)=0,所以t)=g(t)=0
模型构成 由假设1，f和g都是连续函数 由假设3，椅子在任何位置至少有三只脚 同时着地：对任意t ，f(t)和g(t)中至少有一 个为0。当t=0时,不妨设g(t)=0,f(t)>0,原题 归结为证明如下的数学命题： 已知f(t)和g(t)是t的连续函数,对任意t, f(t) •g(t)=0, 且g(0)=0,f(0)>0。则存在t0，使f(t0)= g(t0)=0 模型 求解 O x A‘ B‘ C‘ D‘ A B C D t 最后，因为f(t) •g(t)=0，所以f(t0)= g(t0)=0。 令h(t)= f(t)-g(t),则h(0)>0和h( ) 0可 知g( )>0,f( )=0 2 2
建模示例商人们怎样安全过河 问题(智力游戏) 随从们密约,在河的任一岸,河 日随从的人数比商人多, 就杀人越货 小船(至多2人) 但是乘船渡河的方案由商人决定.A△△3名商人 商人们怎样才能安全过河? ××3名随从 问题分析多步决策过程 决策~每一步(此岸到彼岸或彼岸到此岸)船上的人员 要求在安全的前提下(两岸的随从数不比商人多)经有 限步使全体人员过河
建模示例 商人们怎样安全过河 问题(智力游戏) 3名商人 3名随从 河 小船(至多2人) 随从们密约, 在河的任一岸, 一旦随从的人数比商人多, 就杀人越货. 但是乘船渡河的方案由商人决定. 商人们怎样才能安全过河? 问题分析 多步决策过程 决策~ 每一步(此岸到彼岸或彼岸到此岸)船上的人员 要求~在安全的前提下(两岸的随从数不比商人多),经有 限步使全体人员过河
模型构成 x~第k次渡河前此岸的商人数Xy=0,1,2,3 y~第k次渡河前此岸的随从数k=1,2, s=(xy)过程的状态S~允许状态集合 S={(X,y)x=0,y=0,1,2,3;x=3,y=0,132,3;xy=1,2} u~第k次渡船上的商人数UV=01,2 v~第k次渡船上的随从数k=1, d=(uk,v)决策D={(u,v)u+v=1,2}~允许决策集合 sk+1=S+(-1)dk~状态转移律 多步决求d∈D(k=1,2,…,n,使s∈S按转移律 策问题」由s=3到达sm=0.0
模型构成 xk~第k次渡河前此岸的商人数 yk~第k次渡河前此岸的随从数 xk , yk=0,1,2,3; k=1,2, sk=(xk , yk )~过程的状态 S={(x , y) x=0, y=0,1,2,3; x=3, y=0,1,2,3; x=y=1,2} S ~ 允许状态集合 uk~第k次渡船上的商人数 vk~第k次渡船上的随从数 dk=(uk , vk )~决策 D={(u , v) u+v=1, 2} ~允许决策集合 uk , vk=0,1,2; k=1,2, sk+1=sk+( dk -1)k ~状态转移律 求dkD(k=1,2, n), 使skS按转移律 由s1=(3,3)到达sn+1=(0,0). 多步决 策问题