數(shù)學(xué)建模概念在新課標(biāo)高中數(shù)學(xué)函數(shù)中運用
時間:2022-11-15 05:15:00
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1數(shù)學(xué)模型的定義
從廣義上說,數(shù)學(xué)模型是從現(xiàn)實世界抽象出來的,是對客觀事物的某些屬性的一個近似反映,從狹義上說,只有反映特定問題或特定的具體事物系統(tǒng)的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)才叫數(shù)學(xué)模型。在應(yīng)用數(shù)學(xué)中,數(shù)學(xué)模型一般指狹義的理解,目的在于解決具體的實際問題。
數(shù)學(xué)建模(MathematicalModeling)是建立數(shù)學(xué)模型的過程的簡稱?!逗喢鞑涣蓄嵃倏迫珪分袑?shù)學(xué)模型解釋道:“這個術(shù)語的第二種用法是理論和分析意義下的模型,也許是更為重要的一類模型。本質(zhì)上說,在物理和生物世界中的任何現(xiàn)實情形,無論它是天然的或是與技術(shù)和人的干預(yù)有關(guān)的,只要它可以用定量的屬于來描述,就能夠通過建立模型使它服從解析的規(guī)律。例如最優(yōu)化和控制可用來對工業(yè)問題、交通模式、河流中的沉積物的輸送和其它情形建立模型;信息和通訊理論可以用來對信息傳播、語言特征和其他類似的問題建立模型;而維數(shù)分析和計算機模擬可以用來對大氣環(huán)流模式、工程結(jié)構(gòu)中的壓力分布、地形的形成和發(fā)展以及在科學(xué)和工程中許多其它過程來建立模型。更深層次地可以認為數(shù)學(xué)建模是一種數(shù)學(xué)的思考方法,是對現(xiàn)實的現(xiàn)象通過心智活動構(gòu)造出能抓住其重要且有用的特征的表示,常常是形象化的或符號的表示”。
通俗地講,數(shù)學(xué)建模就是把一個生活、生產(chǎn)中的實際問題,經(jīng)過恰當(dāng)?shù)目坍嫛⒓庸?,抽象表達成一個數(shù)學(xué)問題,進而選擇合適的、有效的、正確的數(shù)學(xué)方法來求解。
2新課標(biāo)對數(shù)學(xué)建模的要求
數(shù)學(xué)建模是運用數(shù)學(xué)思想、方法和知識解決實際問題。
2.1閱讀理解:認真審題,弄清題意,分清條件和結(jié)論,理順數(shù)量關(guān)系。
2.2引進數(shù)學(xué)符號:建立數(shù)學(xué)模型,將文字語言轉(zhuǎn)化為數(shù)字語言,利用相關(guān)知識,實現(xiàn)問題數(shù)學(xué)化,建立數(shù)學(xué)模型。
2.3解答數(shù)學(xué)問題:利用數(shù)學(xué)方法,將得到的數(shù)學(xué)模型予以解答,求得結(jié)果。
2.4作答:將所得結(jié)果轉(zhuǎn)譯成具體問題結(jié)論,作出解答。
2.5數(shù)學(xué)模型。①一次函數(shù)模型:f(x)=kx+b(k,b為常數(shù),k≠0);②反比例函數(shù)模型:f(x)=kx+b(k,b為常數(shù),k≠0);③二次函數(shù)模型:f(x)=ax2+bx+c(a,b,c為常數(shù),a≠0);④指數(shù)函數(shù)模型:f(x)=abx+c(a,b,c為常數(shù),a≠0);⑤對數(shù)函數(shù)模型:f(x)=mlogax+n(m,n,a為常數(shù),a>0,a≠l);⑥冪函數(shù)模型:f(x)=axn+b(a,b,n為常數(shù),a≠0,n≠l);⑦分段函數(shù)模型:這個函數(shù)模型實際是以上兩種或多種函數(shù)模型的綜合,因此應(yīng)用也十分廣泛。
2.6典型例題。
例1(一次函數(shù)模型):某家報刊銷售點從報社買進報紙的價格是每份0.35元,賣出的價格是每份0.50元,賣不掉的報紙還可以每份0.08元的價格退回報社。在每一個月(30天)里,有20天每天可以賣出400份,其余10天每天只能賣出250份。設(shè)每天從報社買進的報紙的數(shù)量相同,則應(yīng)該每天從報社買進多少份?才能使每月所獲得利潤最大?并計算該銷售點一個月最多可賺得多少元?
解:設(shè)每天應(yīng)從報社買進x份報紙,250≤x≤400。
設(shè)每月賺y元,
得y=0.5·x·20+0.5×250×l0+(x-250)×0.08×l0-0.35·x·30
=0.3x+l050,x∈[250,400]
因為y=0.3x+l050是定義域上的增函數(shù),
所以當(dāng)x=400時,ymax=120+1050=1170(元)
可知每天應(yīng)從報社買進400份報紙,獲得利潤最大,每月可賺1170元。
例2(二次函數(shù)模型):某商店購進一批單價為20元的日用品,若按每件30元的價格銷售,每月能賣400件。為獲得更大的利潤,商店準備提高銷售價格。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn),在每件銷售價格的基礎(chǔ)上,售價每提高1元,銷售量減少20件。問價格提高多少時,才能獲得最大利潤?每月最大利潤是多少?
解:設(shè)每件商品提價x元(0≤x≤20),則每件商品的價格為(30+x)元,每件商品的利潤為(30+x-20)元,此時每月少售出商品20x件,故每月可售出商品(400-2x)件,設(shè)每月的利潤為y元,則y=(400-2x)(30+x-20)
=-20x2+200x+4000
=-20(x-5)2+4500
∴當(dāng)x=5時,y有最大值為4500。
故每件價格提高5元時,才能獲得最大利潤,最大利潤是4500元。
例3(指數(shù)函數(shù)模型):按復(fù)利計算利息的一種儲蓄,設(shè)本金為a元,每期利率為r,存款為x,寫出本金和利息總和y(元)與x的函數(shù)表達式,如果存入本金10000元,每期利率為1.98%,試計算5期后,本息總和是多少?
解:∵本金為a元,
∴1期后本息和為a+ar=a(1+r)
2期后本息和為a(1+r)+a(1+r)r=a(1+r)2
3期后本息和為a(1+r)2+a(1+r)2r=a(1+r)3;…………
X期后本息和為y=a(1+r)x。
將a=10000,x=5,r=1.98%代入上式,得y=10000(1+1.98%)5=11029.99(元)
學(xué)校和學(xué)生可根據(jù)各自的實際情況,確定數(shù)學(xué)建模活動的次數(shù)和時間安排。數(shù)學(xué)建??梢杂山處煾鶕?jù)教學(xué)內(nèi)容以及學(xué)生的實際情況提出一些問題供學(xué)生選擇;或者提供一些實際情景,引導(dǎo)學(xué)生提出問題;特別要鼓勵學(xué)生從自己生活的世界中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題。數(shù)學(xué)建??梢圆扇≌n題組的學(xué)習(xí)模式,教師應(yīng)引導(dǎo)和組織學(xué)生學(xué)會獨立思考、分工合作、交流討論、尋求幫助。教師應(yīng)成為學(xué)生的合作伙伴和參謀。教師在必要時應(yīng)給予適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)。教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生完成數(shù)學(xué)建模報告,報告中應(yīng)包括問題提出的背景、問題解決方案的設(shè)計、問題解決的過程、合作過程、結(jié)果的評價以及參考文獻等。評價學(xué)生在數(shù)學(xué)建模中的表現(xiàn)時,要重過程、重參與。不要苛求數(shù)學(xué)建模過程的嚴密、結(jié)果的準確。
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