数学建模答案 (5)
- 格式:doc
- 大小:317.93 KB
- 文档页数:13
数学建模 试卷及参考答案一.概念题(共3小题,每小题5分,本大题共15分)1、一般情况下,建立数学模型要经过哪些步骤?(5分)答:数学建模的一般步骤包括:模型准备、模型假设、模型构成、模型求解、模型分析、模型检验、模型应用。
2、学习数学建模应注意培养哪几个能力?(5分)答:观察力、联想力、洞察力、计算机应用能力。
3、人工神经网络方法有什么特点?(5分)答:(1)可处理非线性;(2)并行结构.;(3)具有学习和记忆能力;(4)对数据的可容性大;(5)神经网络可以用大规模集成电路来实现。
二、模型求证题(共2小题,每小题10分,本大题共20分)1、 某人早8:00从山下旅店出发,沿一条路径上山,下午5:00到达山顶并留宿.次日早8:00沿同一路径下山,下午5:00回到旅店.证明:这人必在2天中同一时刻经过路途中某一地点(15分) 证明:记出发时刻为t=a,到达目的时刻为t=b,从旅店到山顶的路程为s.设某人上山路径的运动方程为f(t), 下山运动方程为g(t),t 是一天内时刻变量,则f(t),g(t)在[a,b]是连续函数。
作辅助函数F(t)=f(t)-g(t),它也是连续的,则由f(a)=0,f(b)>0和g(a)>0,g(b)=0,可知F (a )<0, F(b)>0,由介值定理知存在t0属于(a,b)使F(t0)=0, 即f(t0)=g(t0) 。
2、三名商人各带一个随从乘船过河,一只小船只能容纳二人,由他们自己划行,随从们秘约,在河的任一岸,一旦随从的人数比商人多,就杀人越货,但是如何乘船渡河的大权掌握在商人们手中,商人们怎样才能安全渡河呢?(15分)解:模型构成记第k 次渡河前此岸的商人数为k x ,随从数为k y ,k=1,2,........,k x ,k y =0,1,2,3。
将二维向量k s =(k x ,k y )定义为状态。
安全渡河条件下的状态集合称为允许状态集合,记做S 。
09级数模试题1. 把四只脚的连线呈长方形的椅子往不平的地面上一放,通常只有三只脚着地,放不稳,然后稍微挪动几次,就可以使四只脚同时着地,放稳了。
试作合理的假设并建立数学模型说明这个现象。
(15分)解:对于此题,如果不用任何假设很难证明,结果很可能是否定的。
因此对这个问题我们假设 :(1)地面为连续曲面(2)长方形桌的四条腿长度相同(3)相对于地面的弯曲程度而言,方桌的腿是足够长的(4)方桌的腿只要有一点接触地面就算着地。
那么,总可以让桌子的三条腿是同时接触到地面。
现在,我们来证明:如果上述假设条件成立,那么答案是肯定的。
以长方桌的中心为坐标原点作直角坐标系如图所示,方桌的四条腿分别在A 、B 、C 、D 处,A 、B,C 、D的初始位置在与x 轴平行,再假设有一条在x 轴上的线ab,则ab 也与A 、B ,C 、D 平行。
当方桌绕中心0旋转时,对角线 ab 与x 轴的夹角记为θ。
容易看出,当四条腿尚未全部着地时,腿到地面的距离是不确定的。
为消除这一不确定性,令 ()f θ为A 、B 离地距离之和,()g θ为C 、D 离地距离之和,它们的值由θ唯一确定。
由假设(1),()f θ,()g θ均为θ的连续函数。
又由假设(3),三条腿总能同时着地, 故()f θ()g θ=0必成立(∀θ)。
不妨设(0)0f =,(0)0g >g (若(0)g 也为0,则初始时刻已四条腿着地,不必再旋转),于是问题归结为:已知()f θ,()g θ均为θ的连续函数,(0)0f =,(0)0g >且对任意θ有00()()0f g θθ=,求证存在某一0θ,使00()()0f g θθ=。
证明:当θ=π时,AB 与CD 互换位置,故()0f π>,()0g π=。
作()()()h f g θθθ=-,显然,()h θ也是θ的连续函数,(0)(0)(0)0h f g =-<而()()()0h f g πππ=->,由连续函数的取零值定理,存在0θ,00θπ<<,使得0()0h θ=,即00()()f g θθ=。
数学建模试题(带答案)第一章4.在1.3节“椅子能在不平的地面上放稳吗”的假设条件中,将四脚的连线呈正方形改为长方形,其余不变。
试构造模型并求解。
答:相邻两椅脚与地面距离之和分别定义为)()(a g a f 和。
f 和g 都是连续函数。
椅子在任何位置至少有三只脚着地,所以对于任意的a ,)()(a g a f 和中至少有一个不为零。
不妨设0)0(,0)0(g >=f 。
当椅子旋转90°后,对角线互换,0π/2)(,0)π/2(>=g f 。
这样,改变椅子的位置使四只脚同时着地。
就归结为证明如下的数学命题:已知a a g a f 是和)()(的连续函数,对任意0)π/2()0(,0)()(,===⋅f g a g a f a 且,0)π/2(,0)0(>>g f 。
证明存在0a ,使0)()(00==a g a f证:令0)π/2(0)0(),()()(<>-=h h a g a f a h 和则, 由g f 和的连续性知h 也是连续函数。
根据连续函数的基本性质,必存在0a (0<0a <π/2)使0)(0=a h ,即0)()(00==a g a f 因为0)()(00=•a g a f ,所以0)()(00==a g a f8第二章7.10.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。
第三章5.根据最优定价模型 考虑成本随着销售量的增加而减少,则设kx q x q -=0)( (1)k 是产量增加一个单位时成本的降低 ,销售量x 与价格p 呈线性关系0,,>-=b a bp a x (2) 收入等于销售量乘以价格p :px x f =)( (3) 利润)()()(x q x f x r -= (4) 将(1)(2)(3)代入(4)求出ka q kbp pa bp x r --++-=02)(当k q b a ,,,0给定后容易求出使利润达到最大的定价*p 为bakb ka q p 2220*+--=6.根据最优定价模型 px x f =)( x 是销售量 p 是价格,成本q 随着时间增长,ββ,0t q q +=为增长率,0q 为边际成本(单位成本)。
P594•学校共1002名学生,237人住在A 宿舍,333人住在B 宿舍,432 人住在C 宿舍。
学生要组织一个10人的委员会,使用Q 值法分配各 宿舍的委员数。
解:设P 表示人数,N 表示要分配的总席位数。
i 表示各个宿舍(分别取 A,B,C ), p i 表 示i 宿舍现有住宿人数, n i 表示i 宿舍分配到的委员席位。
首先,我们先按比例分配委员席位。
23710 A 宿舍为:n A ==2.365 1002 333"0 B 宿舍为:n B =3.323 1002 432X0 C 宿舍为:n C =4.3111002现已分完9人,剩1人用Q 值法分配。
经比较可得,最后一席位应分给 A 宿舍。
所以,总的席位分配应为: A 宿舍3个席位,B 宿舍3个席位,C 宿舍4个席位。
QA23722 3= 9361.5 Q B33323 4 = 9240.7 Q C4322 4 5=9331.2商人们怎样安全过河傻麴删舫紬削< I 11山名畝臥蹄峨颂禮训鋤嫌邂 韻靖甘讹岸讎鞍輯毗匍趾曲展 縣確牡GH 錚俩軸飙奸比臥鋪謎 smm 彌鯉械即第紘麵觎岸締熾 x^M 曲颁M 删牘HX …佛讪卜过樹蘇 卜允棘髒合 岡仇卅毘冋如;冋冋1卯;砰=口 於广歎煙船上觸人敦% V O J U;xMmm朗“…他1曲策D 咿川| thPl,2卜允隸策集合 刼為和啊母紳轉 多步贱 就匚叫=1入“山使曲并按 腿翻律由汩3』和騒側),模型求解 -穷举法〜编程上机 ■图解法S={(x ?jOI x=o, j-0,1,2,3;X =3? J =0,1,2,3; X =»*=1,2}J规格化方法,易于推广考虑4名商人各带一随从的情况状态$=(xy¥)~ 16个格点 允许状态〜U )个。
点 , 允许决策〜移动1或2格; k 奇)左下移;&偶,右上移. 右,…,必I 给出安全渡河方案评注和思考[廿rfn片,rfl12 3xmm賤縣臓由上题可求:4个商人,4个随从安全过河的方案。
数学建模MATLAB 语言及应用上机作业11. 在matlab 中建立一个矩阵135792468101234501234A ⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥-----⎢⎥⎣⎦答案:A = [1,3,5,7,9;2,4,6,8,10;-1,-2,-3,-4,-5;0,1,2,3,4]2. 试着利用matlab 求解出下列方程的解(线性代数22页例14)123412423412342583692254760x x x x x x x x x x x x x x +-+=⎧⎪--=⎪⎨-+=-⎪⎪+-+=⎩ 答案:A=[2 ,1,-5,1;1,-3,0,-6;0,2,-1,2;1,4,-7,6]; B=[8;9;-5;0]; X=A\B 或A=[2,1,-5,1;1,-3,0,-6;0,2,-1,2;1,4,-7,6] b=[8,9,-5,0]' X=inv(A)*b3. 生成一个5阶服从标准正态分布的随机方阵,并计算出其行列式的值,逆矩阵以及转置矩阵。
答案:A=randn(5) det(A) inv(A) A'4. 利用matlab 求解出110430002A -⎡⎤⎢⎥=-⎢⎥⎢⎥⎣⎦的特征值和特征向量。
答案:A=[-1,1,0;-4,3,0;0,0,2] [V,D]=eig(A)5.画出衰减振荡曲线3sin3t y et -=在[0,4]π上的图像。
要求,画线颜色调整为黑色,画布底面为白色。
(在实际中,很多打印机时黑白的,因此大多数作图要考虑黑白打印机的效果。
) 给出恰当的x ,y 坐标轴标题,图像x 轴的最大值为4π。
6. 生成一个0-1分布的具有10个元素的随机向量,试着编写程序挑选出向量中大于0.5的元素。
数学建模和Matlab 上机作业2(2016-9-20)跟老师做(不用整合进作业中):上机演示讲解:函数,递归的两个例子的写法。
附:1. Fibonacci Sequence (斐波那契数列)在数学上,费波那西数列是以递归的方法来定义: F1= 1;F2= 1;F (n )=F (n-1)+F (n-2) 2. 阶乘举例:数学描述:n!=1×2×……×n ;计算机描述:n!=n*(n-1)!自己做(需要整合进作业中,提交到系统中):1. 写一个m 文件完成分值百分制到5分制的转换(即输入一个百分制,转换后输出一个5级对应的得分,联系条件控制语句)。
高二数学数学建模练习题及答案一、简答题1. 什么是数学建模?数学建模是将现实问题抽象为数学模型,通过数学方法进行分析、求解并得出相应结论的过程。
它将数学知识与实际问题相结合,帮助我们理解问题的本质,预测和优化相关情况。
2. 数学建模的步骤有哪些?数学建模通常包括以下步骤:(1)问题的理解和描述:明确问题的背景、目标和限制条件,并对问题进行适当的简化和抽象。
(2)建立数学模型:将问题转化为数学表达式,建立合适的数学模型。
(3)模型的求解:利用数学方法对模型进行求解,得到定量的结果或结论。
(4)模型的验证和分析:对模型的结果进行检验,分析结果的合理性和可靠性。
(5)结果的解释与应用:解释模型结果,为实际问题提供有效的解决方案,并给出具体的应用建议。
3. 数学建模的意义是什么?数学建模在许多领域都具有重要意义:(1)在科学研究中,数学建模可以帮助解决实际问题,推动科学发展。
(2)在工程技术中,数学建模可以优化设计,提高效率和质量。
(3)在经济管理中,数学建模可以帮助决策者制定合理的策略和政策。
(4)在社会科学中,数学建模可以辅助分析社会问题,提供决策依据。
(5)数学建模还培养了学生的创新思维和解决问题的能力。
4. 数学建模过程中需要的数学知识有哪些?数学建模需要的数学知识包括但不限于:(1)数学分析:微分方程、积分、极限等。
(2)线性代数:矩阵运算、特征值与特征向量等。
(3)概率与统计:概率分布、统计推断等。
(4)最优化理论:线性规划、非线性规划等。
(5)图论与网络优化:最短路径、最小生成树等。
二、应用题1. 盒子问题已知一长方体盒子的长为20cm,宽为15cm,高为10cm。
现在要将一个边长为2cm的小正方体放入该盒子中,问最多可以放多少个小正方体?解答:盒子的体积为20 cm × 15 cm × 10 cm = 3000 cm³。
小正方体的体积为2 cm × 2 cm × 2 cm = 8 cm³。
综合题目参考答案1. 赛程安排(2002年全国大学生数学建模竞赛D 题) (1)用多种方法都能给出一个达到要求的赛程.(2)用多种方法可以证明n 支球队“各队每两场比赛最小相隔场次r 的上界”(如n =5时上界为1)是⎥⎦⎤⎢⎣⎡-23n ,如: 设赛程中某场比赛是i ,j 两队, i 队参加的下一场比赛是i ,k 两队(k ≠j ),要使各队每两场比赛最小相隔场次为r ,则上述两场比赛之间必须有除i ,j ,k 以外的2r 支球队参赛,于是32+≥r n ,注意到r 为整数即得⎥⎦⎤⎢⎣⎡-≤23n r . (3)用构造性的办法可以证明这个上界是可以达到的,即对任意的n 编排出达到该上界的赛程.如对于n =8, n =9可以得到:1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A每两场比赛相隔场次数相隔场次总数 1A × 1 5 9 13 17 21 25 3,3,3,3,3,3 18 2A 1 × 20 6 23 11 26 16 4,4,4,3,2,2 19 3A5 20 × 24 10 27 15 2 2,4,4,4,3,2 19 4A 96 24 × 28 24 3 19 2,2,4,4,4,3 19 5A 13 23 10 28 × 4 187 2,2,2,4,4,4 18 6A 17 11 27 14 4 × 8 22 3,2,2,2,4,4 17 7A 21 26 15 3 18 8 × 12 4,3,2,2,2,4 17 8A25 1621972212×4,4,3,2,2,2171A2A3A 4A5A 6A 7A 8A 9A每两场比赛相隔场次数 相隔场 次总数1A × 36 6 31 11 26 16 21 1 4,4,4,4,4,4,4, 28 2A 36 × 2 27 7 22 12 17 32 4,4,4,4,4,4,3 27 3A6 2 × 35 15 30 20 25 10 3,3,4,4,4,4,4 26 4A 31 27 35 × 3 18 8 13 23 4,4,4,4,3,3,3 25 5A 11 7 15 3 × 34 24 29 19 3,3,3,3,4,4,4 24 6A 26 22 30 18 34 × 4 9 14 4,4,3,3,3,3 23 7A 16 12 20 8 24 4 × 33 28 3,3,3,3,3,3,4 22 8A 21 17 25 13 29 9 33 × 5 3,3,3,3,3,3,3, 21 9A13210231914285×3,4,3,4,3,4,324可以看到, n =8时每两场比赛相隔场次数只有2,3,4, n =9时每两场比赛相隔场次数只有3,4,以上结果可以推广,即n 为偶数时每两场比赛相隔场次数只有22-n ,12-n ,2n,n 为奇数时只有23-n ,21-n . (4)衡量赛程优劣的其他指标如平均相隔场次 记第i 队第j 个间隔场次数为ij c ,2,2,1,,,2,1-==n j n i ,则平均相隔场次为∑∑=-=-=n i n j ij c n n r 121)2(1r 是赛程整体意义下的指标,它越大越好.可以计算n =8,n =9的r ,并讨论它是否达到上界.相隔场次的最大偏差 定义||,r c Max f ij j i -=∑-=--=21|)2(|n j ij r n c Max gf 为整个赛程相隔场次的最大偏差,g 为球队之间相隔场次的最大偏差,它们都是越小越好.可以计算n =8,n =9的f ,g ,并讨论它是否达到上界.参考文献工程数学学报第20卷第5期2003 2. 影院座位设计建立满意度函数),(βαf ,可以认为α和β无关, ()()βαβαh g f -=),(,g ,h 取尽量简单的形式,如αα=)(g ;0)(=βh (030≤β),0)(h h =β)30(0>β. (1)可030≤β将作为必要条件,以α最大为最佳座位的标准.在上图中以第1排座位为坐标原点建立坐标轴x ,可以得到⎪⎭⎫⎝⎛+----⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=⎪⎭⎫⎝⎛+--=d x x h c H d x x c H d x x c H θθαθβtan arctan tan arctan ,tan arctan β是x 的减函数.可得x ≈1.7m,即第3(或4)排处030=β.又通过计算或分析可知α也是x 的减函数,所以第3(或4)排处是最佳座位.(2)设定一个座位间隔l (如0.5m), x 从0(或030≤β处)到d D -按l 离散,对于)20~0(00θ计算α的平均值,得020=θ时其值最大.(3)可设地板线是x 的二次曲线2bx ax +,寻求a ,b 使α的平均值最大. 实际上,还应考虑前排不应挡住后排的视线.3.节水洗衣机(1996年全国大学生数学建模竞赛B 题)该问题不要求对洗衣机的微观机制(物理、化学方面)深入研究,只需要从宏观层次去把握.宏观上洗衣的基本原理是用洗涤剂通过漂洗把吸附在衣物上的污物溶于水中,再脱去污水带走污物;洗衣的过程是通过“加水——漂洗——脱水”程序的反复运行,使残留在衣物的污物越来越少,直到满意的程度;洗涤剂也是不希望留在衣物上的东西,可将“污物”定义为衣物上原有污物与洗涤剂的总和.假设每轮漂洗后污物均匀地溶于水中;每轮脱水后衣物含水量为常数c .0x ~初始污水量,~k u 第k 轮加水量,k x ~第k 轮脱水量),,2,1( =k .设每轮脱水前后污物在水中的浓度不变.于是cx c u x c xc u x c x u x n n n =+=+=--11221110,,, , 得到)()(210c u c u u c x x n n n ++=. 在最终污物量与初始污物量之比0/x x n 小于给定的清洁度条件下,求各轮加水量k u ),,1(n k =,使总用水量最小,即∑=nk k u u Min k 1()ε<++)(..21c u c u u c t s n n等价于)()(21c u c u u Min n u k +++++α=++)()(..21c u c u u t s na 为常数可得c u c u u n +==+= 21,即第n ~2轮加水量u u k =(常数),第1轮加水量c u u +=1.令cx u =,问题简化为nx Min u n ,ε<⎪⎭⎫ ⎝⎛+nx t s 11.. 其解为0→x ,即0→u ,而∞→n .这与实际上是不合理的.应该加上对u 的限制:21v u v ≤≤.则得max min n n n ≤≤,其中 max min n n n ≤≤,1)/1ln(2min +⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=c v n α这样,n为有限的几个数,可一一比较,具体数据计算从略.参考文献:《数学的实践与认识》第27卷第1期,19974.教师工资调整方案(1995年美国大学生数学建模竞赛B 题)题目对职称提升年限表述得不甚清楚(如未提及助理教授的提升),教龄也未区分是什么职称下工作的年限,所以应该作出一些相应的简化假设.按所给信息,工资仅取决于职称和教龄.建立新方案的一种办法是将职称折合成教龄,如定义x=教龄t+7×k (对于讲师、助理教授、副教授、教授,k 分别取值0,1,2,3),然后寻求工资函数I(x),使之满足题目的要求,如I(0)=27000,I(7)=32000等,以及x 较大时022<dxId .另一种办法是职称、教龄分别对待,工资函数J(k,t)从多种函数中选择,如最简单的线性函数J(k,t)=k k k k b a t b a ,,+(k=0,1,2,3)根据一定条件确定.按照第一种办法得到的新工资方案,以职称和教龄综合指标为x 的教师的工资都应为I(x),而人们的目前工资会低于或高于它.根据题目要求,高工资不应降低,低工资则应逐渐提高,尽快达到理想值I(x).需要做的只是根据每人(目前)工资与(理想值的)差额,制定学校提供的提薪资金的分配方案.它应该是简单、合理、容易被人接受的.按以上原则可以建立不同的模型,应通过检验比较其恶劣.检验可基于题目所给数据,按照提薪计划运行若干年,考察接近理想方案的情况,即用过渡时期的情况检验模型;也可进行随机模拟,按照一定规则随机产生数据(可以包括聘用、提职、解聘、退休的人数和时间等),再按照提薪计划运行,考察接近理想方案的情况.参考文献:叶其孝,《大学生数学建模竞赛辅导教材》(四),湖南教育出版社,2001 5. 一个飞行管理问题(1995年全国大学生数学建模竞赛A 题) 设ij a 为第i 架飞机与第j 架飞机的碰撞角(即)8arcsin(ijij r a =其中ij r 为这两架飞机连线的长度),ij β为第i 架飞机相对于第j 架飞机的相对速度(矢量)与这两架飞机连线(从i 指向j 的矢量)的夹角(以连线矢量为基准,逆时针方向为正,顺时针方向为负),i θ为第架飞机飞行方向角调整量.本问题中的优化目标函数可以有不同的形式:如使所有飞机的最大调整量最小;所有飞机的调整量绝对值之和最小等.以所有飞机的调整量绝对值之和最小,可以得到如下的数学规划模型:∑=61i i Min θs.t. ,)(21ij j i ij a >++θθβ j i j i ≠=,6,,1,30≤i θ , 6,,1 =i为了利用LINGO 求解这个数学规划模型,可以首先采用其他数学软件计算出ij α和ij β.其实,ij α和ij β也是可以直接使用LINGO 来计算的,这相当于解关于ij α和ij β的方程,只是解方程并非LINDO 软件的特长,这里我们作为一个例子,看看如何利用LINGO 计算ij α,可输入如下模型到LINGO 求解ij α:MIDEL : 1]SETS:2] PLANE/1..6/:x0,y0; 3] link(plane,plane):alpha,sin2: 4]ENDSETS5] @FOR(LINK(I,J)|I#NE#J:6] sin2(I,J)=64/((X0(I)-X0(J))*(X0(I)-X0(J))+ 7] (Y0(I)-Y0(J))*(Y0(I)-Y0(J))); 8] );9] @FOR(LINK(I,J)|I#NE#J:10] (@SIN(alpha*3./180.0))^2=SIN2; 11] ); 12]DATA:13] X0=150,85,150,145,130,0; 14] Y0=140,85,155,50,150,0; 15]endata END 计算结果如下:ija j=1 2 3 4 5 6i =1 0.000 0 5.391232.2315.091820.96342.23452 5.391 2 0.0000 4.804 0 6.61355.807 9 3.81593 32.2310 4.8040.000 0 4.364722.83372.12554 5.091 8 6.6135 4.364 7 0.0004.4.537 2.98985 20.9634 5.807922.83374.53770.000 0 2.30986 2.234 5 3.8159 2.125 5 2.98982.309 8 0.000ijβ也可类似地利用LINGO求得,计算结果如下:ijβj=1 2 3 4 5 6i =1 0.000109.263 6-128.250 024.179 8173.065 114.474 92 109.263 60.000 0-88.871 1-42.243 6-92.304 89.000 03 -128.250 0-88.871 10.00012.476 3-58.786 20.310 84 24.179 8-42.243 612.476 30.000 05.969 2-3.525.65 173.065 1-92.304 8-58.786 25.969 20.000 01.914 46 14.479.000.310 -3.5 1.910.04 9 0 0 8 256 4 4 00 0于是,该飞机管理的数学规划模型可如下输入LINGO求解:MODEL:1]SETS2] plane/1..6/:cita:3] link(plane,plane):alpha,beta;4]ENDSETS5] min=@sum(plane:@abs(cita));6] @for(plane(I):7] @bnd(-30,cita(I),30);8] );9] @fpr(link(I,j)|I#NE#J:10] @ABS(beta(I,J)+0.5*cit(I)+0.5*cita(J))11] >alpha(I,J);12] );13]DATA:14] A;[JA=0.000 0 5.391.2…..…2.309 8 0.000 020] ;21] BETA=0.000 010 9.263 6………1.914 4 0.000 027] ;28]enddataEND[注] alpha,beta中数据略去,见上面表格.求解结果如下:OPTIMUM FOUND AT STEP 197SOLUTION OBJECTIVE VALUE= 3.630V ARIABLE V ALUE REDUCED COSTCITA(1) 0.E-06 -1.000 000 CITA(2) -0.E-05 -0.715 033 4CITA(3) 2.557 866 1.000 000 CITA(4) -0.E-04 0.E+00 CITA(5) 0.E-05 -1.000 000 CITA(6) 1.071 594 0.E+00 ………. (以下略)由此可知最优解为:︒︒≈≈07.1,56.263θθ (其它调整角度为0).评注:如果将目标改为最大调整量最小,则可进一步化简得到线形规划模型,也可用LINDO 或LINGO 求解.参考文献:《数学的实践与认识》第26卷第1期,1996 6. 降落伞的选择这个优化问题的决策变量是降落伞数量n 和每一个伞的半径r ,可先将n 和r 看作连续变量,建立优化模型,求得最优解后,再按题目要求作适当调整.目标函数之降落伞的费用,可以根据表1数据拟合伞面费用1C 与伞的半径r 的关系。
数学建模陈东彦版课后答案篇一:数学建模承诺书我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则.我们完全明白,在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式(包括电话、电子邮件、网上咨询等)与队外的任何人(包括指导教师)研究、讨论与赛题有关的问题。
我们知道,抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料(包括网上查到的资料),必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。
我们郑重承诺,严格遵守竞赛规则,以保证竞赛的公正、公平性。
如有违反竞赛规则的行为,我们将受到严肃处理。
我们参赛选择的题号是(从A/B/C/D中选择一项填写):我们的参赛报名号为(如果赛区设置报名号的话):所属(请填写完整的全名):参赛队员 (打印并签名) :1.指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)日期: 2010 年 11 月 22 日赛区评阅编号(由赛区组委会评阅前进行编号):编号专用页赛区评阅编号(由赛区组委会评阅前进行编号):全国统一编号(由赛区组委会送交全国前编号):全国评阅编号(由全国组委会评阅前进行编号):对等高线图转化为三维地形图以及水的流向的探讨摘要:在等高线地形图上,根据等高线不同的弯曲形态,可以判读出地表形态的一般状况。
等高线呈封闭状时,高度是外低内高,则表示为凸地形(如山峰、山地、丘顶等);等高线高度是外高内低,则表示的是凹地形(如盆地、洼地等)。
等高线是曲线状时,等高线向高处弯曲的部分表示为山谷;等高线向低处凸出处为山脊。
数条高程不同的等高线相交一处时,该处的地形部位为陡崖,并在图上绘有陡崖图例。
由一对表示山谷与一对表示山脊的等高线组成的地形部位为鞍部。
等高线密集的地方表示该处坡度较陡;等高线稀疏的地方表示该处坡度较缓。
问题一:由等高线图转换为三维地形图有好多种方法,本文用坡度、坡向、等高线膨胀法以及建立空间直角坐标系的方法建立数学模型,把等高线图转化成三维地形图。
问题二:把地面无限细分为无限个单元格。
一、解释下列词语,并举例说明(每小题满分5分,共15分)1.模型模型是系统知识的抽象表示。
我们不能仅仅通过语言来描述一个系统,也不能仅仅通过记忆来记录关于系统的知识。
知识是通过某种媒介来表达的,这种媒介所表达的内容就是模型。
而知识形成媒介的过程就是建模,或者称为模型化。
通常模型可以使用多种不同的媒介来表达,比如纸质或电子文档、缩微模型/原型、音像制品等等。
而表达模型的体现方式也是多种多样的,常见的有图表、公式、原型、文字描述等等。
2.数学模型由数字、字母、或其他数学符号组成的,描述现实对象(原型)数量规律的数学结构。
具体地说,数学模型也可以描述为:对于现实世界的一个特定对象,为了一个特定的目的,根据特有的内在规律,做出一些简化假设后,运用适当的数学工具,得到的一个数学结构称之为数学模型.如概率的功利化定义。
3.抽象模型通过人们对原型的反复认识,将获取的知识以经验的形式直接存储在大脑中的模型称之谓思维模型。
从实际的人、物、事和概念中抽取所关心的共同特性,忽略非本质的细节把这些特性用各种概念精确地加以描述。
二、简答题(每小题满分8分,共24分)1.模型的分类按照模型替代原型的方式,模型可以简单分为形象模型和抽象模型两类.形象模型:直观模型、物理模型、分子结构模型等;抽象模型:思维模型、符号模型、数学模型等。
2.数学建模的基本步骤1)建模准备:确立建模课题的过程;2)建模假设:根据建模的目的对原型进行抽象、简化。
有目的性原则、简明性原则、真实性原则和全面性原则;3)构造模型:在建模假设的基础上,进一步分析建模假设的各条款,选择恰当的数学工具和构造模型的方法对其进行表征,构造出根据已知条件和数据,分析模型的特征和模型的结构特点,设计或选择求解模型的数学刻划实际问题的数学模型.;4)模型求解:构造数学模型之后,方法和算法,并借助计算机完成对模型的求解;5)模型分析:根据建模的目的要求,对模型求解的数字结果,或进行稳定性分析,或进行系统参数的灵敏度分析,或进行误差分析等。
;6)模型检验:模型分析符合要求之后,还必须回到客观实际中去对模型进行检验,看它是否符合客观实际;7)模型应用:模型应用是数学建模的宗旨,将其用于分析、研究和解决实际问题,充分发挥数学模型在生产和科研中的特殊作用.3.数学模型的作用数学模型的根本作用在于它将客观原型化繁为简、化难为易,便于人们采用定量的方法去分析和解决实际问题。
正因为如此,数学模型在科学发展、科学预见、科学预测、科学管理、科学决策、驾控市场经济乃至个人高效工作和生活等众多方面发挥着特殊的重要作用。
数学不仅是人们认识世界的有力工具,而且对于人的素质培养,无论是在自然科学,还是社会科学中都随时发生着作用,使其终生受益。
特别是,当代计算机科学的发展和广泛应用,使得数学模型的方法如虎添翼,加速了数学向各个学科的渗透,产生了众多的边缘学科。
数学模型还物化于各种高新科技之中,从家用电器到天气预报,从通信到广播电视,从核电站到卫星,从新材料到生物工程,高科技的高精度、高速度、高安全、高质量、高效率等特点无一不是通过数学模型和数学方法并借助计算机的计算、控制来实现的。
三、解答题(满分20分)B 题 (9n+1, 9n+6)国庆庆典活动的中心广场有数万名学生手持花环组成大型图案方阵,方阵前排距观礼台120米,方阵纵列95人,每列长度192米,试问第一、二两排间距多大能够达到满意的观礼效果?解:可以认为从观礼位置看到的纵列上每个花的部分是一样的。
设观礼者居高a 米,从观礼位置看到的纵列上每个花的部分高度为b 米。
依题意,每列从第一个人到最后一个人(第95人)有94个间空,列长192米,则每列相邻二人平均间距约2米。
为简单起见,不妨设位于192米长的队列中点前后的两人间隔是2米,则设第一、二排间距为 x 米,则于是, (米)四、综合题(21分)M. 飞机降落曲线(7n+3, 7n+5, 7n+6)在研究飞机的自动着陆系统时,技术人员需要分析飞机的降落曲线(图1). 根据经验,一架水平飞行的飞机,其降落曲线是一条五次多项式. 飞行的高度为h ,飞机着陆点O 为原点,且在这个降落过程中,飞机的水平速度始终保持为常数u . 出于安全考虑,飞机垂直加速度的最大绝对值不得超过10g,此处g 是重力加速度. 1.若飞机从距降落点水平距离s 处开始降落,试确定出飞机的降落曲线. 2. 求开始下降点s 所能允许的最小值.解: 设飞机开始降落时,距离落点的水平距离为l (km ),机高为h(m)(机场的地面高度取作0)。
飞机开始降落和着陆时,都保持水平飞行姿态。
1.可以用不同的函数来模拟飞机的降落曲线。
由于有4个隐藏的假定条件,因此我采用三次抛物线(方程假设如下)来模拟飞机的降落曲线,则由上面的初始假定,可以得到4个蕴涵的初始条件,如下:图1①:在整个降落过程中,飞机的水平速度保持不变;②:f(0)=0,f'(0)=0;③:f(l)=h,f'(l)=0;④:在竖直方向的加速度的绝对值不能超过一个常数K=g/10(K远小于重力加速度)。
2、假设飞机降落曲线的三次抛物线方程为:根据②③上述所得到的已知条件求出方程中的四个待定系数a,b,c,d,即在Mathmatica运行环境下输入如下公式:输入:f = a*x^3 + b*x^2 + c*x + dD[f, x]输出:即为f(x)即为f’(x)输入:运行后得到如下解:把上述解代入f(x),则运算后即可得到f(x)的表达式如下:f(x)=-xlh323+223xlh3、代入具体数据进行验证并画出飞机的降落曲线假定h=1100m,l= 15km,在Mathmatica运行环境下输入:运行后即可得到f(x)的图形如下:4.讨论飞机降落时的铅直加速度 先讨论飞机铅直加速度应满足的条件:由题意可知水平方向的速度u 为一个常数,则令u=dx/dt (常数),这时由复合函数求导法,可求出飞机在点(x ,y )处的铅直速度为:)('*x uf dt dxdx dy dx dy ==我们以][x v y 表示点(x ,y )处的铅直速度,即在Mathmatica 运行环境下输入:],[][x f D u x v y *=输出: )66(][322l hx l hx u x v y +=再次利用复合函数求导法,可求得飞机在点(x ,y )处的铅直加速度如下:()()*'22x uf dx ddt dy dt d dt y d =⎪⎭⎫ ⎝⎛=()()''x uf u dt dx =在上述运行环境下,输入如下公式用来表示点(x ,y )处的铅直加速度:]),66([*][322x l hx l hx u D u x a y += 输出:)126(][322l hxl h u x a y +=经过运行后则可得到铅直加速度为:u ()x l l hul hx l h 2612632322+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+ 其中x ∈[-l ,0],容易看出铅直加速度的绝对值在开始降落(x=-l )和飞机着陆时(x=0)达到最大,我们在上述运行环境下输入:即可得到飞机降落竖直方向上铅直加速度的最大值为:必须不超过0.98m/s 2现在来判断上述所给的已知条件能否满足条件而安全着陆,则由高度h=1100m ,水平距离l=15m ,水平速度u=540km/h ,在Mathmatica 运行环境下输入如下:Solve[6*1100*540^2/15^2,x]运行后显示结果为:0.1296m/s 2由此可见该最大铅直加速度小于允许值,所以飞机可以安全着陆。
我们可得到飞机降落是的水平位移函数为: x=ut由此可知,只要求出飞机降落是所用的最小时间即可求出最小水平位移,则要求时间最少,即在竖直方向上飞机一直保持着最大铅直加速度,则可以得到解。
由上述解释可知,飞机在降落的过程中一直保持最大铅直加速度,此时时间最短, 已知h=1100 u=540m ,且铅直加速度不超过g/10,则输入:则经过运行后结果为:则由此可知,飞机能够安全着陆是水平距离所能允许的最小值为:44315.2m五、复述题(21分)Q .三级火箭发射卫星模型.(3n+1)摘 要发射人造卫星是一个复杂的系统工程,我们从中抽出几个问题,忽略一些次要因素将问题简化得到几个简单的数学模型。
首先通过天体物理学知识求解得到发人造卫星的在轨速度。
又通过动力守恒定律求解出火箭的飞行速度与其喷气推动力、火箭初始质量和飞行过程中的质量有关,进而分析得出提高火箭的飞行速度的简单措施。
226l hu问题一:由万有引力定律及牛顿第三定律推理得到r gRv =,当skm r 600=时,带入(5-1-3)式得:skm v 58.7=末问题二:由)(ln)(0t m m u t v =式得火箭的末速度有喷气速度及火箭在飞行中的质量决定,为了提高火箭的末速度可以通过提高喷气速度和减少火箭在飞行过程中的质量。
具体地说就是加大火箭推力,抛掉已经没用的结构,以此来加大火箭末速度。
问题三:由计算得到λln u v m -=,当s km u 3=,%10=λ时:skm v m 6.6=,由此得到结论:使用一级火箭不能发射人造卫星。
问题四:燃料用完时末速度为()P m m u v 0ln1λ-=问题五:理想过程的实际逼近——多级火箭卫星系统二级火箭:要使s km v /5.102=,则应使: 2.11≈k ,而:14921≈++P Pm m m m 即发射一吨重的卫星需要148吨重的火箭。
三级火箭:要使skm v /5.103=,则25.3≈k ,而()77321≈+++P P m m m m m 即发射一吨重的卫星需要76吨重的火箭,由此可见三级火箭比二级火箭几乎节省了一半。
四级火箭:⎪⎭⎫⎝⎛++=⎪⎭⎫ ⎝⎛++=11.01ln 1211.01ln 344k k k k v 要使s km v /5.104=,则()()92.1,45.211.01≈≈++k k k ,而()654321≈++++PP m m m m m m 。
即使用四级火箭发射1吨重的卫星需要64吨重的火箭,比三级火箭要省。
但是由于工艺的复杂性及每节火箭都需配备一个推进器,所以使用四级或四级以上火箭是不合算的,三级火箭提供了一个最好的方案。
当然若燃料的价钱很便宜而推进器的价钱很贵切且制作工艺非常复杂的话,也可选择二级火箭。
关键词:动量守恒定律 万有引力定律 牛顿第三定律一、 问题重述建立一个模型说明要用三级火箭发射人造卫星的道理。
1设卫星绕地球做匀速圆周运动,证明其速度为r gRv =,R 为地球半径,r为卫星与地心距离,g 为地球地面重力加速度。