数学实验报告
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玉溪师范学院理学院
数 学 实 验 报 告
报 告 题 目 空中电缆的长度计算
学 生 姓 名 邵永生
学 号 2013011153
专 业 名 称 数学与应用数学
指导教师姓名 贾正林
作品提交日期 2015-05-02
作 品 得 分
空中电缆的长度计算
背景:
某旅游景点从山脚到山顶有一缆车索道.全长约1471米.
高差为380米,采用循环单线式修建.缆绳悬挂在下站到上站的
行程中的8个铁塔上,着28个铁塔依山势走向而距离不等,从下
站到第一铁塔的水平距离为d0,高差为h0;从第一铁塔到第二铁
塔的水平距离为d1 , 高差为 h1…..,从第8个铁塔到上站的水
平距离为d8 ,高差为h8.具体数据见下表
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8
220 200 140 120 100 120 140 200 220
H0 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8
50 45 40 38 34 38 40 45 50
没异端缆绳下垂的最底点不低于两端铁塔最低铁塔悬挂绳出1
米.试估算整个索道工程所用的缆绳长度.
1. 实验目的
① 掌握如何将数学方法与计算机结合去解决实际问题;
② 掌握用Matlab求线性方程的根,求函数定积分的技巧以及近
似的计算方法;
2. 模型建立与假设
⑴建立模型:
允许下垂的最大高度不超过10m,所以取地
面与缆线最低点之间的距离为10m.
取缆线的最低点为原点,悬线所在平面为XOY平面,悬线的对称
轴为y轴,取水平向右为x轴正方向,竖直向上为y轴的正方向,
建立平面直角坐标系。
⑵实验设想:
①方案一:根据问题,可取悬线上的一小段,对这段进行极限处
理为dx,对dx处理得到相应的悬链线方程。最后通过弧长公式
计算出缆线的长度。
②方案二:由题意确定已知的三个点(-50,20),(0,0),(50,20),
可确定一个抛物线函数,通过弧长公式计算段抛物的长度L即为
空中所需电缆的长度。
③方案三:可将这段电缆弧长近似的看做弦线,(-50,20),(0,0),
(50,20)通过这三点构成的三角形弦长代替悬线长度。
④方案四:在确定了拟合抛物线的基础上取x=-25,x=25处函数
值与已知点(-50,20)(0,0)(50,20)通过折线连接,在用两点
间的距离公式进行计算,即可计算出空中所需电缆的长度。
3. 实验过程
利用MATLAB求解并进行绘图
方案一: function f=ffa1(a)
f=a*cosh(50/a)-a-20
画出函数曲线,确定a的值:
fplot('ffa1',[20,100]);
650a
aa=fzero('ffa1',a0);
>> aa
aa =
65.5863
利用aa的值求悬连线方程
function y=fxd(x)
aa=65.5863;
y=sqrt(1+(sinh(x/a)).^2);
由弧长公式:
lint=2*quad('fxd',0,50);
>> lint
lint =
109.9718
2030405060708090100
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
方案二:拟合抛物线函数:
x1=[-50 0 50];
y1=[20 0 20];
y=polyfit(x1,y1,2)
ans =
0.0080 0.0000 0
对抛物线进行定义:
function y=fcl(x)
y=sqrt(1+(0.016*x).^2);
弧长为:
LL=2*quad('fcl',0,50);
>> LL
LL =
109.8230
方案三:由弦长公式:
L=2*sqrt(50^2+20^2);
>> L
L =
107.7033
方案四:
y=0.0080*(x.^2)
x=-25; y=5;
x=25; y=5;
可得弦长:
Lint=2*(sqrt(25^2+15^2)+sqrt(25^2+5^2))
>> Lint
Lint =
109.2997
4. 实验报告分析与总结
(1).实验分析:
对比方案一与方案二所求得函数的曲线对比图,从数据上看
方案 悬长 以方案一为精确
值的误差
一 109.9718 0
二 109.8230 0.1488
-5-4-3-2-10 12345
0
2
4
6
8
1
1
1
1
1
2
x
y
y随x变
三 107.7033 2.2685
四 109.2997 0.6721
(2).实验总结:
通过对以上四个实验方案的分析与对比,我们能发现方案二
的误差是较为最小的,也就是说用拟合抛物线法能有效的解
决空中电缆的悬线问题。