数学建模大学课件5.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,例,1,某人平时下班总是按预定时间到达某处，然,然后他妻子开车接他回家。有一天，他比平时提早,了三十分钟到达该处，于是此人就沿着妻子来接他,的方向步行回去并在途中遇到了妻子，这一天，他,比平时提前了十分钟到家，问此人共步行了多长时,间？,1.5,一些简单实例,似乎条件不够哦。,换一种想法，问题就迎刃而解了。假如他的妻子遇到他后仍载着他开往会合地点，那么这一天他就不会提前回家了。提前的十分钟时间从何而来？,显然是由于节省了从相遇点到会合点，又从会合点返回相遇点这一段路的缘故，故由相遇点到会合点需开,5,分钟。而此人提前了三十分钟到达会合点，故相遇时他已步行了二十五分钟。,请思考一下，本题解答中隐含了哪些假设,？,例,2,某人第一天由,A,地去,B,地，第二天由,B,地沿原路返回,A,地。问：在什么条件下，可以保证途中至少存在一地，此人在两天中的同一时间到达该地。,分析,本题多少 有点象 数学中 解的存在 性条件 及证明，当,然，这里的情况要简单得多。,假如我们换一种想法，把第二天的返回改变成另一人在同一天由,B,去,A,，,问题就化为在什么条件下，两人至少在途中相遇一次，这样结论就很容易得出了：只要任何一人的到达时间晚于另一人的出发时间，两人必会在途中相遇。,（,请自己据此给出严格证明）,例,3,交通灯在绿灯转换成红灯时，有一个过渡状态,亮一段时间的黄灯。请分析黄灯应当亮多久。,设想一下黄灯的作用是什么，不难看出，黄灯起的是警告的作用，意思是马上要转红灯了，假如你能停住，请立即停车。停车是需要时间的，在这段时间内，车辆仍将向前行驶一段距离,L,。,这就是说，在离街口距离为,L,处存在着一条停车线（尽管它没被画在地上），见图,1-4,。对于那些黄灯亮时已过线的车辆，则应当保证它们仍能穿过马路。,马路的宽度,D,是容易测得 的，问题的关键在 于,L,的确定。为确定,L,，,还应当将,L,划分为两段：,L1,和,L2,，,其中,L1,是司机在发现黄灯亮及判断应当刹车的反应时间内驶过的路程 ，,L2,为刹车制动后车辆驶过的路程。,L1,较容易计算，交通部门对司机的平均反应时间,t1,早有测算，反应时间过长将考不出驾照），而此街道的行驶速度,v,也是交管部门早已定好的，目的是使交通流量最大，可另建模型研究，从而,L1=v*t1,。,刹车距离,L2,既可用曲线拟合方法得出，也可利用牛顿第二定律计算出来（,留作习题）,。,黄灯究竟应当亮多久现在已经变得清楚多了。第一步，先计算出,L,应多大才能使看见黄灯的司机停得住车。第二步，黄灯亮的时间应当让已过线的车顺利穿过马路，即,T,至少应当达到,（,L+D,）,/v,。,D,L,例,4,餐馆每天都要洗大量的盘子，为了方便，某餐馆是这样清洗盘子的：先用冷水粗粗洗一下，再放进热水池洗涤，水温不能太高，否则会烫手，但也不能太低，否则不干净。由于想节省开支，餐馆老板想了解一池热水到底可以洗多少盘子，请你帮他建模分析一下这一问题。,盘子有大小吗,?,是什么样的盘子？盘子是怎样洗的,?,不妨,假设,我们了解到：盘子大小相同，均为瓷质菜盘，洗涤时先将一叠盘子浸泡在热水中，然后 一清洗。,不难看出，是水 的温度在决 定洗盘子的数量,。盘子是先用冷水洗过的，其后可能还会再用清水冲洗，更换热水并非因为水太脏了，而是因为,水不够热了,。,那么热水为什么会变冷呢？假如你想建一个较精细的模型，你当然应当把水池、空气等吸热的因素都考虑进去，但餐馆老板的原意只是想了解一下一池热水平均大约可以洗多少盘子，杀鸡 焉用牛刀？,不妨可以提出以下,简化假设,：,（,1,）,水池、空气吸热不计，只考虑 盘子吸热，盘子的大小、材料相同,（,2,）,盘子初始温度与气温相同，洗完后的温度与水温相同,（,3,）,水池中的水量为常数，开始温度为,T1,，,最终换水时的温度为,T2,（,4,）,每个盘子的洗涤时间,T,是一个常数。（,这一假设甚至可以去掉 不要,）,根据上述简化假设，利用热量守衡定律，餐馆老板的问题就很容易回答了，当然，你还应当调查一下一池水的质量是多少，查一下瓷盘的吸热系数和质量等。,可见，假设条件 的提出不 仅和你 研的,问题 有关，还和 你准备利用哪些知 识、准备建立什么样的模型以及你准 备研究的深入程度有关，即在你提出假设时，你建模的框架已经基本搭好了。,例,5,将形状质量相同的砖块一一向右往外叠放，欲尽可能地延伸到远方，问最远可以延伸多大距离。,设砖块是均质的，长度与重量均 为,1,，其 重心在中点,1/2,砖长处，现用,归纳法,推导。,Z,n,(,n,1),n,(,n,1),由第,n,块砖受到的两个力的力矩相等，有：,1/2-,Z,n,=(,n,1),Z,n,故,Z,n,=1/(2,n,),，,从而上面,n,块砖向右推出的总距离为 ，,故砖块向右可叠至,任意远,，这一结果多少,有点出人意料。,例,6,某人住在某公交线附近，该公交线路为在,A,、,B,两地间运行，每隔,10,分钟,A,、,B,两地各发出一班车，此人常在离家最近的,C,点等车，他发现了一个令他感到奇怪的现象：在绝大多数情况下，先到站的总是由,B,去,A,的车，难道由,B,去,A,的车次多些吗？请你帮助他找一下原因,AB,发出车次显然是一样多的，,否则一处的车辆将会越积越多。,由于距离不同，设,A,到,C,行驶,31,分钟，,B,到,C,要行驶,30,分钟，考察一个时间长度 为,10,分钟的区间，例如，可以从,A,方向来的车驶 离,C,站时开始，在其后的,9,分钟内到达的乘客见到先来的车均为,B,开往,A,的，仅有最 后,1,分钟到达的乘客才见到 由,A,来的车先到。由此可见，如果此人 到,C,站等车的时间是随机的，则他先遇 上,B,方向来的车的概率为,90%,。,例,4,飞机失事时，黑匣子会自动打开，发射出某种射线。为了搞清失事原因，人们必须尽快找回匣子。确定黑匣子的位置，必须确定其所在的方向和距离，试设计一些寻找黑匣子的方法。由于要确定两个参数，至少要用仪器检测两次，除非你事先知道黑匣子发射射线的强度。,方法一,点光源发出的射线在各点处的照度与其到点光源的 距离的平方成反比，即,黑匣子所在,方向,很容易确定，关键在于确定,距离,。,设在同一方向不同位置检测了两次，测得的照度分别为,I,1,和,I,2,，,两测量点间的距离为,a,，,则有,方法二,在,方法一,中，两检测点与黑匣子 位于一直线上，这一点比较容易 做到，主要缺点是结果对照度测 量的精度要求较高，很少的误差会造成结果的很大变化，即敏感性很强，现提出另一方法，在,A,点测得黑匣子方向后，到,B,点再测方向，,AB,距离为,a,，,BAC,=,，,ABC,=,，,利用正弦定理得出,d,=,a,sin,/sin(,+,),。,需要指出的是，当黑匣子位于较远处而,又较小时，,+,可能非常接近,（,ACB,接近于,0,），而,sin,（,+,）,又恰好位于分母上，因而对结果的精确性影响也会很大，为了使结果较好，应使,a,也相对较大。,B,A,C,a,