数学模型-第07章(第五版)
数学模型(第五版)
2018年高等教育出版社出版的图书
01 成书过程
03 教材特色 05 作者简介
目录
02 内容简介 04 教学资源
《数学模型（第五版）》是由姜启源、谢金星、叶俊编写，高等教育出版社出版的 “十二五”普通高等教育 本科国家级规划教材，适合作为高等学校各专业学生学习数学建模课程的教材和参加数学建模竞赛的辅导材第五版）习题参考解答》是为配合《数学模型（第五版）》而编写的学习指导书，书号为9787-04--4，2018年5月23日由高等教育出版社出版，170千字、128页。
《数学模型（第五版）》开通有数字课程、MOOC课程的资源。
作者简介
《数学模型（第五版）》是由姜启源、谢金星、叶俊编写。 姜启源：同济大学应用数学系教授。 谢金星：清华大学数学科学系教授。 叶俊：清华大学数学科学系教授。
内容简介
《数学模型（第五版）》共11章，包括建立数学模型、初等模型、简单的优化模型、微分方程模型、微分方 程模型、差分方程与代数方程模型、离散模型、概率模型、统计模型、博弈模型。
教材特色
教材参考中国国内外数学建模教材和教学单元，第五版在保持前四版基本结构和风格的基础上，进行补充与 修订：增加了一些实用性较强、生活气息浓烈、数学推导简化的案例，改写、合并、调整了若干案例和章节，删 除了个别案例，并对习题作了相应的修订。
全书共11章，包括建立数学模型、初等模型、简单的优化模型、微分方程模型、微分方程模型、差分方程与 代数方程模型、离散模型、概率模型、统计模型、博弈模型。
成书过程
第五版在保持前四版基本结构和风格的基础上，进行增删与修订，新增和改编的案例接近案例总数的一半， 新版本于2018年5月由高等教育出版社出版（《即数学模型（第五版）》）。
感谢观看
07第七章BLUP
e12
y13 y21
1 1 0 0 0 1 0 1 0 0
ee1231
y22
y y23 ,
1 X 1
0 0
1 1
0 0
0
0 ,
a1
a a2 ,
e22
e e23
y Xb
E
a
0
e 0
y V
V
a
e sym.
ZA
2 a
A
2 a
I
0
2 e
I
2 e
23
固定项
X X Z X
固定*随机项
X Z
Z Z
A
1
k
bˆ uˆ
n1和n2：分别为由个体x和y到它们的共同祖先A的 世代数；
fA：为A的近交系数； ∑：表示当x和y有多个共同祖先时要对所有连接x和 y的通径求和
个体间的加性遗传相关
|对于一个群体，如果我们将所有个体相互间的加性遗 传相关用一个矩阵表示出来，设群体中的个体为1，
2，…，n，则这个矩阵为
a11 a12 a1n
转换为线性模 型的形式表示
y = Zu + e （育种值作为固定效应）
uˆ ZZ A1( y y)
其 中 ， VE
VP
19
用线性模型来估计育种值
出生年份
系谱
2009
动物编号：1♂
2♀
体重：354
数学建模课后作业第七章
数学建模课后作业第七章(总45页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第七章.多元分析实验基本实验1.线性回归；解：由题可以得出如下的R程序：> X1<-c, , , , , , , , , , 239)> X2<-c, , , , , , , , , ,> X3<-c, , , , , , , , , ,> Y<-c, , 19, , , , , ,, ,>> <-lm(Y ~ X1+X2+X3)> summary运行后可以得知；Call:lm(formula = Y ~ X1 + X2 + X3)Residuals:Min 1Q Median 3Q MaxCoefficients:Estimate Std. Error t value Pr(>|t|) (Intercept) ***X1X2 ***X3 *---S ignif. codes: 0 ‘***’ ‘**’ ‘*’ ‘.’ ‘ ’ 1Residual standard error: on 7 degrees of freedomMultiple R-squared: , Adjusted R-squared:F-statistic: on 3 and 7 DF, p-value:则可以得出Y关于X1、X2、X3的线性回归方程；Y= X2+由上述的结果可以得知方程的常量与X2显著性为***表示十分的显著，X3显著性为*表示显著，而X2为不显著。
（2）由（1）中的数据可以得知新的分析函数anovaR程序如下：X1<-c, , , , , , , , , , 239)X2<-c, , , , , , , , , ,X3<-c, , , , , , , , , ,Y<-c, , 19, , , , , ,, ,<-lm(Y ~ X1+X2+X3, data=blood)summaryanova运行后可以得出：Min 1Q Median 3Q MaxCoefficients:Estimate Std. Error t value Pr(>|t|) (Intercept) ***X1X2 ***X3 *---Signif. codes: 0 ‘***’ ‘**’ ‘*’ ‘.’ ‘ ’ 1Residual standard error: on 7 degrees of freedomMultiple R-squared: , Adjusted R-squared:F-statistic: on 3 and 7 DF, p-value:>> anovaAnalysis of Variance TableResponse: YDf Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F)X1 1 ***X2 1 ***X3 1 *Residuals 7---Signif. codes: 0 ‘***’ ‘**’ ‘*’ ‘.’由此结果可以看出X1、X2、X3均能通过显著性检验，所以选择全部变量作回归方程是十分合理的。
数学模型第五版课程设计
数学模型第五版课程设计一、前言数学模型课程是数学学科体系中的一门应用性课程，主要涉及数学知识在现实生活中的应用，帮助学生了解数学如何应用于实际问题中，提高学生的数学建模能力。
本次课程设计旨在通过实例，详细介绍数学模型的建立过程，并帮助学生熟悉数学模型的应用。
二、课程内容1. 前期准备在开始课程设计前，需要学生具备大学线性代数和微积分等基础数学知识，并具有一定的编程能力。
2. 数学模型的定义和建立过程2.1 数学模型的定义数学模型是指利用数学方法对实际问题进行抽象化和形式化处理，以得到问题的数学表示式和解法的方法。
2.2 数学模型的建立过程•确定问题：首先要确定需要解决的实际问题。
•收集数据：通过实验或调查等方式收集与问题相关的数据。
•建立方程或模型：根据数据和问题的特征，建立数学模型或方程。
•解决问题：利用已经建立的数学模型或方程，解决实际问题。
3. 数学模型在实际问题中的应用3.1 核电站事故模拟分析假设某核电站有2个反应堆，采用钴60俘获模型，模拟事故情况下反应堆的输出功率，进而分析事故对反应堆的影响。
假设第一个反应堆关闭，第二个反应堆失去控制，建立以下方程：$$\\frac{dP}{dt}=k_1(P_0-P)-k_2(cN_2-P)$$其中，P表示反应堆的输出功率，P0表示反应堆的初始功率，c表示钴60的俘获截面积，k1和k2代表两个反应的系数，N2代表第二个反应堆的中子数。
通过求解上述方程，可以得到反应堆的输出功率随时间变化的情况。
3.2 股票价格预测根据股票的历史价格数据，建立股票价格变化的数学模型，预测未来的股票价格走势。
假设已知若干个时刻的股票价格，建立以下方程：$$y_t = \\beta_0+\\beta_1x_1+\\beta_2x_2+…+\\beta_nx_n+e_t$$其中，y t表示第t个时刻的股票价格，x1、x2、…x n为若干个自变量（如前几个时刻的股票价格），$\\beta_i$为关于自变量的系数，e t为误差项。
数学模型第五版教学大纲
数学模型第五版教学大纲
一、课程简介
本课程是数学专业和相关专业的必修课程之一，旨在帮助学生掌握数学模型的基本概念、建模过程和解题方法，培养学生的创新思维和实际问题解决能力。
二、教学目标
1.理解数学模型的基本概念和建模的思路；
2.掌握常用的数学模型和求解方法；
3.能够独立分析和解决实际问题；
4.培养学生的科学思维、创新精神和团队合作精神。
三、教学内容
第一章数学模型的概念和基本要素
1.数学模型的概念和基本要素；
2.数学模型的分类和应用；
3.数学建模的基本流程和方法。
第二章常用数学模型
1.线性规划模型；
2.非线性规划模型；
3.最优化模型；
4.动态规划模型；。
同济第五版高数下第七章课件
z
（3）同理在xOz面上的投影
也为线段.
1 z 2, y 0 | x | 3 2 ;
O
y
x
例4 求抛物面 y z x 与平面 x 2 y z 0 的截线在三个坐标面 上的投影曲线方程. z
2 2
解
截线方程为
y z x x 2y z 0
z: b 0 b 0 b ,
令 2 ,
h 2b
( t , b
z
x a cos t y a sin t z vt v
)
则上升的高度: 称为螺距.
h
x
o
z
y
三、空间曲线在坐标面上的投影
F ( x, y, z) 0 设空间曲线C的一般方程： G ( x , y , z ) 0
2 2
例6 求上半球面 和锥面 所围的立体在 xoy 面上的投影. 解 所求投影是二曲面交线在xoy 面上的 投影曲线所围之域 . 二曲面交线
x o
z
C
1
y
在xoy 面上的投影曲线 所围区域为圆域:
x y 1, z 0.
2 2
补充: 空间立体或曲面在坐标面上的投影.
空 间 立 体
曲 面
( t为 参 数 )
当给定 t
( x 1 , y 1 , z 1 ),
t1
时,就得到曲线上的一个点
随着参数的变化可得到曲线上的
全部点.
例3 如果空间一点M在圆柱面 x y a 上以角速度 绕z轴旋转,同时又以线速度v 沿平行于z轴上升，那么点M构成的图形叫做 螺旋线. 试建立其参数方程. z 取时间t为参数， 动点从A点出发, 解 经过t 时间，运动到M点. M 在 xoy 面的投影 M ( x , y , 0 )
同济第五版高数下第七章课件24234
定义 一条平面曲线绕其平面上一条定直线 旋转一周所形成的曲面叫做旋转曲面. 该定直线称为旋转轴 .
例如 :
建立yoz面上曲线C 绕 z 轴旋转所成曲面
的方程: 给定 yoz 面上曲线 C: f(y,z)0
在曲面上任取一点 M(x, y,z),
z
当绕 z 轴旋转时, 该点转到
x2 a2
ay22
cz22
1
或
x2 y2 z2 a2 c2 1
x2 由看作椭圆a2
z2 c2
1绕 z轴旋转而成．
当a＝b＝c时为球面：
x2y2z2a2.
2. 抛物面
(1) 椭圆抛物面
x2 y2 z
2 p 2q
( p , q 同号)
特别,当 p = q 时为绕 z 轴的
z
旋转抛物面.
o
x2 y2 z
• 柱面
f( x2y2 ,z)0
例如曲面 F(x, y)0
表示母线平行 z 轴的柱面.
2. 二次曲面
三元二次方程
• 椭球面
• 抛物面: 椭圆抛物面 双曲抛物面
(p,q同号)
x2 y2 z
2 p 2q
• 双曲面: 单叶双曲面 双叶双曲面
x2 y2 z2 a2 b2 c2 1
x2 y2 z2 a2 b2 c2 1
平 面 y y 1 上 的 截 痕 为 双 曲 线 x o y 平 面 x x 1 上 的 截 痕 为 双 曲 线
平 面 z z 1 ( z 1 c ) 上 的 截 痕 为 椭 圆
注意单叶双曲面与双叶双曲面的区别:
单叶双曲面 x2 y2 z2 a2 b2 c2 1
双叶双曲面 x2 y2 z2 a2 b2 c2 1
数学模型-第07章(第五版)
1 / 25 9 7 D 1 / 18 7 7 1 / 12 5 5
对费用型的属性值dij作倒数变换 ——将全部属性统一为效益型.
1）决策矩阵及其标准化
dij
R (rij )mn , 0 rij 1
多属性决策的要素 要素：1.决策目标、备选方案与属性集合 2.决策矩阵 3.属性权重 4.综合方法. 1. 确定属性集合的一般原则： • 全面考虑, 选取影响力(或重要性) 强的. • 属性间尽量独立(至少相关性不太强) • 不选难以辨别方案优劣的(即使影响力很强). • 尽量选可量化的, 定性的也要能明确区分档次. • 若数量太多(如大于7个), 应将它们分层.
7.1 汽车选购
• • • • 考虑的因素：经济适用、性能良好、款式新颖. 对3个因素在汽车选购中的重要性有大致比较. 对待选汽车在每一因素中的优劣程度有基本判断. 对待选汽车作出综合评价, 为选购确定决策.
人们在日常生活中常常碰到类似的决策问题： 选择旅游目的地，选择学校上学，选择工作岗位. 从事各种职业的人在工作中经常面对决策： 购买哪种设备；选择研究课题；选拔秘书；对经 济、环境、交通、居住等方面的发展做出规划.
2. 区间尺度变换使用中的问题 区间尺度变换 ~对原始权重dij作伸缩与平移变换
F
j 1
j 1,2,, n
j
2）属性权重的确定
1 / 25 9 7 D 1 / 18 7 7 1 / 12 5 5 归 一 化
汽车选购
X1 0.2236 0.3106 0.4658 0.9594 0.0406 0.5330 X2 0.4286 0.3333 0.2381 0.9749 0.0251 0.3293 X3 0.3684 0.3684 0.2632 0.9895 0.0105 0.1377
高等数学同济第五版第7章答案
习题7-11 设u a b 2c v a 3b c 试用a 、b 、c 表示2u 3v 解 2u 3v 2(a b 2c )3(a 3b c )2a 2b 4c 3a 9b 3c 5a 11b 7c2 如果平面上一个四边形的对角线互相平分 试用向量证明这是平行四边形 证明 →→→OA OB AB -= →→→OD OC DC -=而→→OAOC -= →→OBOD -=所以→→→→→→AB OA OB OB OA DC -=-=+-=这说明四边形ABCD 的对边AB CD 且AB //CD 从而四边形ABCD 是平行四边形3 把ABC 的BC 边五等分 设分点依次为D 1、D 2、D 3、D4 再把各分点与点A 连接试以→c =AB 、→a =BC 表示向量→A D 1、→A D 2、→A D 3、→AD 4解 →→→ac 5111--=-=BD BA A D →→→ac 5222--=-=BD BA A D →→→ac 5333--=-=BD BA A D →→→ac 5444--=-=BD BA A D4 已知两点M 1(0 1 2)和M 2(1 1 0) 试用坐标表示式表示向量→21M M 及→212M M -解 →)2 ,2 ,1()2 ,1 ,0()0 ,1 ,1(21--=--=M M →)4 ,4 ,2()2 ,2 ,1(2221-=---=-M M5 求平行于向量a(6 76)的单位向量解 11)6(76||222=-++=a平行于向量a (6 7 6)的单位向量为)116 ,117 ,116(||1-=a a 或)116 ,117 ,116(||1--=-a a6 在空间直角坐标系中 指出下列各点在哪个卦限？A (1 2 3)B (2 3 4)C (2 3 4)D (2 3 1) 解 A 在第四卦限 B 在第五卦限 C 在第八卦限 D 在第三卦限7 在坐标面上和坐标轴上的点的坐标各有什么特征？指出下列各点的位置 A (3 4 0) B (0 4 3) C (3 0 0) D (0 1 0) 解 在xOy 面上 的点的坐标为(x y 0) 在yOz 面上 的点的坐标为(0 y z ) 在zOx 面上 的点的坐标为(x 0 z ) 在x 轴上 的点的坐标为(x 0 0) 在y 轴上 的点的坐标为(0 y 0) 在z 轴上 的点的坐标为(0 0 z )A 在xOy 面上B 在yOz 面上C 在x 轴上D 在y 轴上8 求点(a b c )关于(1)各坐标面 (2)各坐标轴 (3)坐标原点的对称点的坐标解 (1)点(a b c )关于xOy 面的对称点为(a b c ) 点(a b c )关于yOz 面的对称点为(a b c ) 点(a b c )关于zOx 面的对称点为(a b c ) (2)点(a b c )关于x 轴的对称点为(a b c ) 点(a b c )关于y 轴的对称点为(a b c ) 点(a b c )关于z 轴的对称点为(a b c ) (3)点(a b c )关于坐标原点的对称点为(a b c )9 自点P 0(x 0 y 0 z 0)分别作各坐标面和各坐标轴的垂线 写出各垂足的坐标 解 在xOy 面、yOz 面和zOx 面上 垂足的坐标分别为(x 0 y 0 0)、(0 y 0 z 0)和(x 0 0 z 0)在x 轴、y 轴和z 轴上 垂足的坐标分别为(x 0 0 0) (0 y 0 0)和(0 0 z 0)10 过点P 0(x 0 y 0 z 0)分别作平行于z 轴的直线和平行于xOy 面的平面 问在它们上面的点的坐标各有什么特点？解 在所作的平行于z 轴的直线上 点的坐标为(x 0 y 0 z ) 在所作的平行于xOy 面的平面上 点的坐标为(x y z 0)11 一边长为a 的立方体放置在xOy 面上 其底面的中心在坐标原点 底面的顶点在x 轴和y 轴上 求它各顶点的坐标 解 因为底面的对角线的长为a 2 所以立方体各顶点的坐标分别为 )0 ,0 ,22(a - )0 ,0 ,22(a )0 ,22 ,0(a - )0 ,22 ,0(a) ,0 ,22(a a - ) ,0 ,22(a a ) ,22 ,0(a a - ) ,22 ,0(a a12 求点M (4 3 5)到各坐标轴的距离解 点M 到x 轴的距离就是点(4 3 5)与点(4 0 0)之间的距离 即345)3(22=+-=x d点M 到y 轴的距离就是点(4 3 5)与点(0 3 0)之间的距离 即 415422=+=y d点M 到z 轴的距离就是点(4 3 5)与点(0 0 5)之间的距离 即5)3(422=-+=z d13 在yOz 面上 求与三点A (3 1 2)、B (4 2 2)和C (0 5 1)等距离的点解 设所求的点为P (0 y z )与A 、B 、C 等距离 则 →2222)2()1(3||-+-+=z y PA →2222)2()2(4||++++=z y PB→222)1()5(||-+-=z y PC由题意 有 →→→222||||||PC PB PA ==即 ⎩⎨⎧-+-=++++-+-=-+-+2222222222)1()5()2()2(4)1()5()2()1(3z y z y z y z y 解之得y 1 z 2 故所求点为(0 1 2)14 试证明以三点A (4 1 9)、B (10 1 6)、C (2 4 3)为顶点的三角形是等腰三角直角三角形 解 因为→7)96()11()410(||222=-+--+-=AB →7)93()14()42(||222=-+-+-=AC→27)63()14()102(||222=-+++-=BC所以→→→222||||||AC AB BC += →→||||AC AB =因此ABC 是等腰直角三角形 15 设已知两点1) ,2 ,4(1M 和M 2(30 2) 计算向量→21M M 的模、方向余弦和方向角解 →)1 ,2 ,1()12 ,20 ,43(21-=---=M M→21)2()1(||22221=++-=M M21cos -=α 22cos =β 21cos =γ32πα= 43 πβ= 3πγ=16 设向量的方向余弦分别满足(1)cos 0 (2)cos 1 (3)cos cos 0 问这些向量与坐标轴或坐标面的关系如何？ 解 (1)当cos 0时 向量垂直于x 轴 或者说是平行于yOz 面 (2)当cos 1时 向量的方向与y 轴的正向一致 垂直于zOx 面 (3)当cos cos 0时 向量垂直于x 轴和y 轴 平行于z 轴 垂直于xOy 面17 设向量r 的模是4 它与轴u 的夹角是60 求r 在轴u 上的投影 解 22143cos ||j Pr =⋅=⋅=πr r u18 一向量的终点在点B (2 1 7) 它在x 轴、y 轴和z 轴上的投影依次为44 7 求这向量的起点A 的坐标解 设点A 的坐标为(x y z ) 由已知得⎪⎩⎪⎨⎧=--=--=-774142z y x解得x2 y3 z 0点A 的坐标为A (23 0) 19 设m 3i 5j 8k n 2i 4j 7k 和p5ij 4k 求向量a 4m 3n p在x 轴上的投影及在y 轴上的分向量 解因为a 4m 3n p 4(3i 5j 8k )3(2i 4j 7k )(5i j 4k )13i 7j 15k 所以a 4m 3n p 在x 轴上的投影为13 在y 轴上的分向量7j习题7-21 设a =3i -j -2k b =i +2j -k 求(1)a ×b 及a b (2)(-2a )×3b 及a 2b(3)a 、b 夹角的余弦解 (1)a ×b =3´1+(-1)´2+(-2)´(-1)=3kj i kj i b a 75121 213++=---=⨯(2)(-2a )×3b =-6a ×b = -63=-18a 2b =2(ab )=2(5i +j +7k )=10i +2j +14k(3)21236143||||||) ,cos(^==⋅=b a b a b a 2 设a 、b 、c 为单位向量 且满足a +b +c =0 求a ×b +b ×c +c ×a 解 因为a +b +c =0 所以(a +b +c )×(a +b +c )=0 即 a ×a +b ×b +c ×c +2a ×b +2a ×c +2c ×a =0于是 23)111(21)(21-=++-=⋅+⋅+⋅-=⋅+⋅+⋅c c b b a a a c c b b a3 已知M 1(1-1 2)、M 2(33 1)和M 3(3 1 3) 求与→21M M 、→32M M 同时垂直的单位向量解 →)1 ,4 (2,2)1 ,13 ,13(21-=-+-=M M →)2 ,2 ,0()13 ,31 ,33(32-=---=M M→→kj i k j i n 446220 1423221--=--=⨯=M M M M172161636||=++=n)223(171)446(1721k j i k j i e --±=--±=为所求向量4 设质量为100kg 的物体从点M 1(3 1 8)沿直线称动到点M 2(1 4 2) 计算重力所作的功(长度单位为m 重力方向为z 轴负方向) 解F =(0 0 -1009 8)=(0 0 -980) →)6 ,3 ,2()82 ,14 ,31(21--=---==M M SW =F ×S =(0 0 -980)×(-2 3 -6)=5880(焦耳)5 在杠杆上支点O 的一侧与点O 的距离为x 1的点P 1处 有一与→1OP 成角1的力F 1作用着 在O 的另一侧与点O 的距离为x 2的点P 2处 有一与→2OP 成角1的力F 1作用着问1、2、x 1、x 2、|F 1|、|F 2|符合怎样的条件才能使杠杆保持平衡？解 因为有固定转轴的物体的平衡条件是力矩的代数和为零 再注意到对力矩正负的规定可得 使杠杆保持平衡的条件为x 1|F 1|×sin 1x 2|F 2|×sin 20 即 x 1|F 1|×sin 1x 2|F 2|×sin 2 6 求向量a =(4 -3 4)在向量b =(2 2 1)上的投影解 2)142324(31)1 ,2 ,2()4 ,3 ,4(1221||1||j Pr 222=⨯+⨯-⨯=⋅-++=⋅=⋅=⋅=b a b b b a e a a b b7 设a =(3 5 -2) b =(2 1 4) 问l 与m 有怎样的关系 能使得l a +m b与z 轴垂直?解 l a +m b =(3l +2m , 5l +m , -2l +4m ), l a +m b 与z 轴垂Ûl a +m b ^kÛ(3l +2m , 5l +m , -2l +4m )×(0, 0, 1)=0, 即-2l +4m =0, 所以l =2m . 当l =2m 时, l a +m b 与z 轴垂直. 8 试用向量证明直径所对的圆周角是直角 证明 设AB 是圆O 的直径 C 点在圆周上则→→OAOB -= →→||||OA OC = 因为→→→→→→→→→→→→0||||)()()()(22=-=+⋅-=-⋅-=⋅OA OC OA OC OA OC OB OC OA OC BC AC所以→→BCAC ⊥ ∠C 909 设已知向量a 2i 3j k b i j 3k 和c i 2j 计算 (1)(a ×b )c (a ×c )b (2)(a b )(b c ) (3)(a b )×c解 (1)a ×b 21(3)(1)138 a ×c 21(3)(2)8 (a ×b )c (a ×c )b 8c 8b8(c b )8[(i2j )(ij 3k )]8j24k(2)a b3i4j4kbc 2i 3j 3kkj kj i c b b a --=--=+⨯+332443)()((3)kj i kj i b a +--=--=⨯58311132(a b )×c81(5)(2)10210 已知→j i 3+=OA →k j 3+=OB , 求D OAB 的面积.解 根据向量积的几何意义 →→||OB OA ⨯表示以→OA 和→OB 为邻边的平行四边形的面积于是D OAB 的面积为→→||21OB OA S ⨯=因为→→kj i kj i +--==⨯33310301OB OA →→191)3()3(||223=+-+-=⨯OB OA所以三角形D OAB 的面积为→→1921||21=⨯=OB OA S 12 试用向量证明不等式||332211232221232221b a b a b a b b b a a a ++≥++++其中a 1、a 2、a 3、b 1、b 2、b 3为任意实数 并指出等号成立的条件解 设a (a 1 a 2 a 3) b (b 1 b 2 b 3) 则有||||) ,cos(||||^b a b a b a b a ⋅≤⋅=⋅于是 ||332211232221232221b a b a b a b b b a a a ++≥++++其中当),cos(^b a 1时 即a 与b 平行是等号成立习题7-31 一动点与两定点(2, 3, 1)和(4, 5, 6)等距离, 求这动点的轨迹方程. 解 设动点为M (x y z ) 依题意有(x 2)2(y 3)2(z 1)2(x 4)2(y 5)2(z 6)2即 4x 4y 10z 6302 建立以点(1, 3, -2)为球心, 且通过坐标原点的球面方程. 解 球的半径14)2(31222=-++=R球面方程为(x 1)2(y 3)2(z 2)214即 x 2y 2z 22x 6y 4z 03 方程x 2+y 2+z 2-2x +4y +2z =0表示什么曲面? 解 由已知方程得(x 22x 1)(y 24y 4)(z 22z 1)141即 2222)6()1()2()1(=++++-z y x所以此方程表示以(1 21)为球心 以6为半径的球面4 求与坐标原点O 及点(2 3 4)的距离之比为12的点的全体所组成的曲面的方程 它表示怎样曲面？解 设点(x y z )满足题意 依题意有21)4()3()2(222222=-+-+-++z y x z y x化简整理得9116)34()1()32(222=+++++z y x它表示以)34 ,1 ,32(---为球心 以2932为半径的球面 5 将zOx 坐标面上的抛物线z 2=5x 绕x 轴旋转一周, 求所生成的旋转曲面的方程. 解 将方程中的z 换成22z y +±得旋转曲面的方程y 2z 25x6 将zOx 坐标面上的圆x2z 29绕z 轴旋转一周 求所生成的旋转曲面的方程.解 将方程中的x 换成22y x +±得旋转曲面的方程x2y 2z 297 将xOy 坐标面上的双曲线4x 2-9y 2=36分别绕x 轴及y 轴旋转一周, 求所生成的旋转曲面的方程.解 双曲线绕x 轴旋转而得的旋转曲面的方程为4x 29y 29z 236双曲线绕y 轴旋转而得的旋转曲面的方程为4x 24z 29y 2368 画出下列方程所表示的曲面: (1)222)2()2(ay a x =+-(2)19422=+-y x ;(3)14922=+z x ;(4)y 2z 0(5)z =2-x 2.9 指出下列方程在平面解析几何中和在空间解析几何中分别表示什么图形 (1)x 2解在平面解析几何中 x 2表示平行于y 轴的一条直线 在空间解析几何中 x 2表示一平行于yOz 面的平面(2)y x 1解 在平面解析几何中 y x 1表示一条斜率是1 在y 轴上的截距也是1的直线 在空间解析几何中，y x 1表示一平行于z 轴的平面(3)x 2y 24解 在平面解析几何中 x 2y 24表示中心在原点 半径是4的圆 在空间解析几何中 x 2y 24表示母线平行于z 轴 准线为x 2y 24的圆柱面(4)x 2y 21解 在平面解析几何中 x 2y 21表示双曲线 在空间解析几何中 x 2y 21表示母线平行于z 轴的双曲面10 说明下列旋转曲面是怎样形成的:(1)1994222=++z y x ;解 这是xOy 面上的椭圆19422=+y x 绕x 轴旋转一周而形成的 或是zOx 面上的椭圆19422=+z x 绕x 轴旋转一周而形成的(2)14222=+-z y x解 这是xOy 面上的双曲线1422=-y x 绕y 轴旋转一周而形成的 或是yOz 面上的双曲线1422=+-z y 绕y 轴旋转一周而形成的(3)x 2y 2z 21解 这是xOy 面上的双曲线x 2y 21绕x 轴旋转一周而形成的 或是zOx 面上的双曲线x 2z 21绕x 轴旋转一周而形成的(4)(z a )2x 2y 2解 这是zOx 面上的曲线(z a )2x 2绕z 轴旋转一周而形成的 或是yOz 面上的曲线(z a )2y 2绕z 轴旋转一周而形成的 11 画出下列方程所表示的曲面(1)4x 2y 2z 24(2)x 2y 24z 24(3)94322y x z +=习题7 41 画出下列曲线在第一卦限的图形:(1)⎩⎨⎧==21y x(2)⎩⎨⎧=---=0422y x y x z ;(3) ⎩⎨⎧=+=+222222az x a y x .2 指出下方程组在平面解析几何中与在空间解析几何中分别表示什么图形: (1)⎩⎨⎧-=+=3215x y x y解 在平面解析几何中 ⎩⎨⎧-=+=3215x y x y 表示直线y 5x 1与y 2x 3的交点)317 ,34(-- 在空间解析几何中 ⎩⎨⎧-=+=3215x y x y 表示平面y 5x1与y 2x3的交线 它表示过点)0 ,317 ,34(-- 并且行于z 轴(2)⎪⎩⎪⎨⎧==+319422y y x解 在平面解析几何中⎪⎩⎪⎨⎧==+319422y y x 表示椭圆19422=+y x 与其切线y3的交点(03)在空间解析几何中 ⎪⎩⎪⎨⎧==+319422y y x 表示椭圆柱面19422=+y x 与其切平面y 3的交线 3 分别求母线平行于x 轴及y 轴而且通过曲线⎩⎨⎧=-+=++0162222222y z x z y x 的柱面方程.解 把方程组中的x 消去得方程3y 2z 216 这就是母线平行于x 轴且通过曲线⎩⎨⎧=-+=++0162222222y z x z y x 的柱面方程. 把方程组中的y 消去得方程3x 22z216 这就是母线平行于y 轴且通过曲线⎩⎨⎧=-+=++0162222222y z x z y x 的柱面方程. 4 求球面x 2+y 2+z 2=9与平面x +z =1的交线在xOy 面上的投影的方程.解 由x z 1得z 1x 代入x 2+y 2+z 2=9得方程2x 22x y 28 这是母线平行于z轴 准线为球面x 2+y 2+z 2=9与平面x +z =1的交线的柱面方程 于是所求的投影方程为 ⎩⎨⎧==+-082222z y x x5 将下列曲线的一般方程化为参数方程:(1)⎩⎨⎧==++x y z y x 9222 ;解 将yx 代入x 2y 2z 29得2x 2z 29 即13)23(2222=+z x令tx cos 23= 则z 3sin t故所求参数方程为 tx cos 23= ty cos 23= z 3sin t(2)⎩⎨⎧==+++-04)1()1(222z z y x .解 将z0代入(x 1)2y 2(z 1)24得(x 1)2y 23令t x cos 31+= 则t y sin 3=于是所求参数方程为 tx cos 31+= t y sin 3= z 06 求螺旋线⎪⎩⎪⎨⎧===θθθb z a y a x sin cos 在三个坐标面上的投影曲线的直角坐标方程解 由前两个方程得x2y 2a 2 于是螺旋线在xOy 面上的投影曲线的直角坐标方程为⎩⎨⎧==+0222z a y x由第三个方程得b z =θ代入第一个方程得bza x cos = 即axb z arccos =于是螺旋线在zOx 面上的投影曲线的直角坐标方程为 ⎪⎩⎪⎨⎧==0arccos y axb z由第三个方程得bz=θ代入第二个方程得bz a ysin = 即ayb z arcsin=于是螺旋线在yOz 面上的投影曲线的直角坐标方程为 ⎪⎩⎪⎨⎧==a yb z x arcsin 07 求上半球2220y x a z --≤≤与圆柱体x 2+y 2£ax (a >0)的公共部分在xOy 面和zOx 面上的投影.解 圆柱体x 2+y 2£ax 在xOy 面上的投影为x 2+y 2£ax 它含在半球2220y x a z --≤≤在xOy 面上的投影x 2y 2a 2所以半球与圆柱体的公共部分在xOy 面上的投影为x 2+y 2£ax为求半球与圆柱体的公共部分在zOx 面上的投影 由圆柱面方程x 2+y 2ax 得y 2ax x 2 代入半球面方程222y x a z --= 得ax a z -=2(0x a ) 于是半球与圆柱体的公共部分在zOx 面上的投影为 ax a z -≤≤20(0x a ) 即z 2ax a 2 0x a z 08. 求旋转抛物面z =x 2+y 2(0£z £4)在三坐标面上的投影.解 令z 4得x 2y 24 于是旋转抛物面z =x 2+y 2(0£z £4)在xOy 面上的投影为x 2y 24令x 0得z y 2 于是旋转抛物面z =x 2+y 2(0£z £4)在yOz 面上的投影为y 2z 4令y 0得z x 2 于是旋转抛物面z =x 2+y 2(0£z £4)在zOx 面上的投影为x 2z 4习题7 51. 求过点(3, 0, -1)且与平面3x -7y +5z -12=0平行的平面方程. 解 所求平面的法线向量为n (3 7 5) 所求平面的方程为 3(x 3)7(y 0)5(z 1)0 即3x -7y +5z -4=02. 求过点M 0(2, 9, -6)且与连接坐标原点及点M 0的线段OM 0垂直的平面方程. 解 所求平面的法线向量为n (2, 9, -6) 所求平面的方程为 2(x 2)9(y 9)6(z 6)0 即2x 9y 6z 12103. 求过(1, 1, -1)、(-2, -2, 2)、(1, -1, 2)三点的平面方程. 解 n 1(1, -1, 2)(1, 1, -1)(0 2 3) n 1(1, -1, 2)(-2, -2, 2)(3 1 0) 所求平面的法线向量为 kj i kj i n n n 69301332021++-=-=⨯=所求平面的方程为3(x 1)9(y 1)6(z 1)0 即x 3y 2z 04. 指出下列各平面的特殊位置 并画出各平面 (1)x 0解 x 0是yOz 平面 (2)3y 10解 3y 10是垂直于y 轴的平面 它通过y 轴上的点)0 ,31,0((3)2x 3y 60解 2x 3y 60是平行于z 轴的平面 它在x 轴、y 轴上的截距分别是3和2(4)03=-y x解 03=-y x 是通过z 轴的平面 它在xOy 面上的投影的斜率为33(5)y z 1解 y z 1是平行于x 轴的平面 它在y 轴、z 轴上的截距均为1 (6)x 2z 0解 x 2z 0是通过y 轴的平面 (7)6x 5z 0解 6x 5z 0是通过原点的平面5 求平面2x -2y +z +5=0与各坐标面的夹角的余弦. 解 此平面的法线向量为n (2 2 1) 此平面与yOz 面的夹角的余弦为321)2(22||||) ,cos(cos 122^=+-+=⋅⋅==i n i n i n α此平面与zOx 面的夹角的余弦为 321)2(22||||) ,cos(cos 122^-=+-+-=⋅⋅==j n j n j n β此平面与xOy 面的夹角的余弦为311)2(21||||) ,cos(cos 122^=+-+=⋅⋅==k n k n k n γ6. 一平面过点(1, 0, -1)且平行于向量a =(2, 1, 1)和b =(1, -1, 0), 试求这平面方程.解 所求平面的法线向量可取为 kj i kj i b a n 3011112-+=-=⨯=所求平面的方程为(x 1)(y 0)3(z 1)0 即x y 3z 407 求三平面x 3y z 1 2x y z 0 x 2y 2z 3的交点 解 解线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=++-=--=++3220213z y x z y x z y x得x 1 y 1 z 3 三个平面的交点的坐标为(11 3)8 分别按下列条件求平面方程:(1)平行于zOx 面且经过点(2, -5, 3);解 所求平面的法线向量为j (0 1 0) 于是所求的平面为 0×(x 2)5(y 5)0×(z 3)0 即y 5 (2)通过z 轴和点(-3, 1, -2);解 所求平面可设为Ax By 0因为点(-3, 1, -2)在此平面上 所以 3A B 0 将B 3A 代入所设方程得 Ax 3Ay 0 所以所求的平面的方程为 x 3y 0(3)平行于x 轴且经过两点(4 0 2)和(5 1 7) 解 所求平面的法线向量可设为n (0 b c ) 因为点(4 0 2)和(5 1 7)都在所求平面上 所以向量n 1(5 1 7)(4 0 2)(1 1 9)与n 是垂直的 即b 9c 0 b 9c 于是 n (0 9c c )c (0 9 1) 所求平面的方程为9(y 0)(z 2)0 即9y z 20 9. 求点(1, 2, 1)到平面x +2y +2z -10=0的距离. 解 点(1, 2, 1)到平面x +2y +2z -10=0的距离为1221|1012221|222=++-⨯+⨯+=d习题7 61. 求过点(4, -1, 3)且平行于直线51123-==-z yx 的直线方程.解 所求直线的方向向量为s (2 1 5) 所求的直线方程为531124-=+=-z y x2. 求过两点M 1(3, -2, 1)和M 2(-1, 0, 2)的直线方程.解 所求直线的方向向量为s (-1, 0, 2)(3, -2, 1)(4 2 1) 所求的直线方程为112243-=+=--x y x3. 用对称式方程及参数方程表示直线⎩⎨⎧=++=+-421z y x z y x .解 平面x y z 1和2x y z 4的法线向量为n 1(1 1 1) n 2(2 11) 所求直线的方向向量为 kj i kj i n n s 3211211121++-=-=⨯=在方程组⎩⎨⎧=++=+-421z y x z y x 中 令y 0得⎩⎨⎧=+=+421z x z x 解得x 3 z 2 于是点(3 0 2)为所求直线上的点 所求直线的对称式方程为 32123+==--z yx参数方程为x 32t y t z23t4. 求过点(2, 0, -3)且与直线⎩⎨⎧=+-+=-+-012530742z y x z y x 垂直的平面方程.解 所求平面的法线向量n 可取为直线⎩⎨⎧=+-+=-+-012530742z y x z y x 的方向向量即kj i kj i n 111416253421)2 ,5 ,3()4 ,2 ,1(++-=--=-⨯-=所平面的方程为16(x 2)14(y0)11(z 3)0 即16x 14y 11z 6505 求直线⎩⎨⎧=+-=-+-02309335z y x z y x 与直线⎩⎨⎧=-++=+-+0188302322z y x z y x 的夹角的余弦解 直线⎩⎨⎧=+-=-+-02309335z y x z y x 与⎩⎨⎧=-++=+-+0188302322z y x z y x 的方向向量分别为kj i kj i s -+=--=431233351 kj i kj i s 105101831222+-=-=两直线之间的夹角的余弦为 010)5(10)1(4310)1()5(4103||||) ,cos(2222222121^21=+-+-++⨯-+-⨯+⨯=⋅⨯=s s s s s s6 证明直线⎩⎨⎧=++-=-+7272z y x z y x 与直线⎩⎨⎧=--=-+028363z y x z y x 平行解 直线⎩⎨⎧=++-=-+7272z y x z y x 与⎩⎨⎧=--=-+028363z y x z y x 的方向向量分别为kj i kj i s 531121211++=--= kj i kj i s 15391123632---=---=因为s 23s 1 所以这两个直线是平行的7. 求过点(0, 2, 4)且与两平面x +2z =1和y -3z =2平行的直线方程.解 因为两平面的法线向量n 1(1 0 2)与n 2(0 1 3)不平行 所以两平面相交于一直线 此直线的方向向量可作为所求直线的方向向量s 即kj i kj i s ++-=-=32310201所求直线的方程为 14322-=-=-z y x8. 求过点(3, 1, -2)且通过直线12354zy x =+=-的平面方程. 解 所求平面的法线向量与直线12354zy x =+=-的方向向量s 1(5 2 1)垂直 因为点(3 1 2)和(4 3 0)都在所求的平面上 所以所求平面的法线向量与向量s 2(4 3 0)(3 1 2)(1 4 2)也是垂直的 因此所求平面的法线向量可取为kj i kj i s s n 229824112521--=-=⨯=所求平面的方程为 8(x 3)9(y 1)22(z 2)0 即8x 9y 22z 5909 求直线⎩⎨⎧=--=++003z y x z y x 与平面x yz 10的夹角解 直线⎩⎨⎧=--=++003z y x z y x 的方向向量为)2(2242111311)1 ,1 ,1()3 ,1 ,1(k j i k j i kj i s -+=-+=--=--⨯=平面x y z 10的法线向量为n (1 1 1) 因为s ×n 214(1)(2)(1)0所以s n从而直线⎩⎨⎧=--=++003z y x z y x 与平面x y z 10的夹角为010 试确定下列各组中的直线和平面间的关系(1)37423zy x =-+=-+和4x2y 2z 3解 所给直线的方向向量为s (2 7 3) 所给平面的法线向量为n (42 2)因为s ×n (2)4(7)(2)3(2)0 所以s n 从而所给直线与所给平面平行 又因为直线上的点(3 4 0)不满足平面方程4x 2y 2z 3 所以所给直线不在所给平面上(2)723zy x =-=和3x 2y 7z 8 解 所给直线的方向向量为s (3 2 7) 所给平面的法线向量为n (32 7)因为s n 所以所给直线与所给平面是垂直的 (3)431232--=+=-z y x 和xy z 3解 所给直线的方向向量为s (3 1 4) 所给平面的法线向量为n (1 11)因为s ×n 3111(4)10 所以s n 从而所给直线与所给平面平行 又因为直线上的点(2 2 3)满足平面方程x y z 3 所以所给直线在所给平面上11 求过点(1 2 1)而与两直线 ⎩⎨⎧=-+-=+-+01012z y x z y x 和⎩⎨⎧=+-=+-002z y x z y x平行的平面的方程解 直线⎩⎨⎧=-+-=+-+01012z y x z y x 的方向向量为kj i kj i s 32111121)1 ,1 ,1()1 ,2 ,1(1--=--=-⨯-=直线⎩⎨⎧=+-=+-002z y x z y x 的方向向量为kj kj i s --=--=-⨯-=111112)1 ,1 ,1()1 ,1 ,2(1所求平面的法线向量可取为 kj i kj i s s n -+-=----=⨯=11032121所求平面的方程为(x 1)(y 2)(z 1)0 即x y z 0 12. 求点(-1, 2, 0)在平面x +2y -z +1=0上的投影.解 平面的法线向量为n (1 2 1) 过点(1 2 0)并且垂直于已知平面的直线方程为12211-=-=+z y x将此方程化为参数方程x 1t y 22t z t 代入平面方程x +2y -z +1=0中得(1t )2(22t )(t )10 解得32-=t 再将32-=t 代入直线的参数方程得35-=x 32=y 32=z 于是点(-1, 2, 0)在平面x +2y -z +1=0上的投影为点)32 ,32 ,25(-13 求点P (3 1 2)到直线⎩⎨⎧=-+-=+-+04201z y x z y x 的距离解 直线⎩⎨⎧=-+-=+-+04201z y x z y x 的方向向量为kj kj i s 33112111)1 ,1 ,2()1 ,1 ,1(--=--=-⨯-=过点P 且与已知直线垂直的平面的方程为3(y 1)3(z 2)0 即y z 10 解线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=-+=-+-=+-+0104201z y z y x z y x 得x 1 21-=y 23=z点P (3 1 2)到直线⎩⎨⎧=-+-=+-+04201z y x z y x 的距离就是点P (31 2)与点)23,21 ,1(-间的距离 即 223)232()211()13(22=-++-+-=d14 设M 0是直线L 外一点 M 是直线L 上任意一点 且直线的方向向量为s 试证 点M 0到直线L 的距离 →||||0s s ⨯=M M d解 设点M 0到直线L 的距离为d L 的方向向量→MN =s 根据向量积的几何意义 以→M M 0和→MN 为邻边的平行四边形的面积为→→→||||00s ⨯=⨯M M MN M M又以→M M 0和→MN 为邻边的平行四边形的面积为→||||s ⋅=⋅d MN d 因此→||||0s s ⨯=⋅M M d →||||0s s ⨯=M M d15 求直线⎩⎨⎧=---=+-0923042z y x z y x 在平面4xy z 1上的投影直线的方程解 过直线⎩⎨⎧=---=+-0923042z y x z y x 的平面束方程为(23)x (4)y (12)z 90为在平面束中找出与已知平面垂直的平面 令(4 1 1)×(23 412)0 即4×(23)(1)×(4)1×(12)0解之得1113-=λ 将1113-=λ代入平面束方程中 得17x31y 37z 117故投影直线的方程为⎩⎨⎧=--+=+-011737311714z y x z y x16 画出下列各曲面所围成的立体图形(1)x 0 y 0 z 0 x 2 y 1 3x 4y 2z 120(2)x 0 z 0 x 1 y 2 4y z =(3)z 0z 3 x y 0 03=-y x x2y 21(在第一卦限)(4)x 0 y 0 z 0 x2y 2R 2 y 2z 2R 2(在第一卦限)总习题七 1. 填空(1)设在坐标系[O ; i , j , k ]中点A 和点M 的坐标依次为(x 0, y 0, z 0)和(x , y , z ), 则在[A ; i , j , k ]坐标系中, 点M 的坐标为___________, 向量→OM 的坐标为___________. 解 M (x x 0 y y 0 zz 0) →), ,(z y x OM =提示 自由向量与起点无关 它在某一向量上的投影不会因起点的位置的不同而改变(2)设数l 1、l 2、l 3不全为0, 使l 1a +l 2b +l 3c =0, 则a 、b 、c 三个向量是__________的. 解 共面(3)设a =(2, 1, 2), b =(4, -1, 10), c =b -l a , 且a ^c , 则l =____________. 解3提示 因为a ^c , 所以a ×c 0 又因为由a ×c a ×b a ×a 241(1)210(221222)279 所以3(4)设a 、b 、c 都是单位向量, 且满足a +b +c =0, 则a ×b +b ×c +c ×a =____________. 解 23-提示 因为a +b +c =0 所以(a +b +c )×(a +b +c )=0即 a ×a +b ×b +c ×c +2a ×b +2a ×c +2c ×a =0 于是 23)111(21)(21-=++-=⋅+⋅+⋅-=⋅+⋅+⋅c c b b a a a c c b b a(5)设|a |=3, |b |=4, |c |=5, 且满足a +b +c =0, 则|a ´b +b ´c +c ´a |=____________.解36 提示 c (a b )a ´b +b ´c +c ´a a b b (a b )(a b )a a b b a b a 3a b |a ´b +b ´c +c ´a |3|a b |3|a |×|b |3×3×436 2. 在y 轴上求与点A (1, -3, 7)和点B (5, 7, -5)等距离的点. 解 设所求点为M (0 y 0) 则有12(y 3)27252(y 7)2(5)2即 (y 3)2(y 7)2解得y 2 所求的点为M (0 2 0)3. 已知D ABC 的顶点为A (3,2,-1)、B (5,-4,7)和C (-1,1,2), 求从顶点C 所引中线的长度.解 线段AB 的中点的坐标为)3 ,1 ,4()271 ,242 ,253(-=+--+ 所求中线的长度为30)23()11()14(222=-+--++=d4. 设D ABC 的三边→a =BC 、→b =CA 、→c =AB , 三边中点依次为D 、E 、F , 试用向量a 、b 、c 表示→AD 、→BE 、→CF , 并证明→→→0=++CF BE AD . 解 →→→ac 21+=+=BD AB AD →→→ba 21+=+=CE BC BE →→→cb 21+=+=AF CA CF→→→0=+-=++=++)(23)(23c c c b a CF BE AD5. 试用向量证明三角形两边中点的连线平行于第三边, 且其长度等于第三边长度的一半.证明 设D E 分别为AB AC 的中点 则有→→→→→)(21AB AC AD AE DE -=-=→→→→→ABAC AC BA BC -=+=所以 →→BC DE 21=从而DE //BC且||21||BC DE =6. 设|a b ||a b |, a =(3, -5, 8), b =(-1, 1, z ), 求z .解a b (2 4 8z ) a b (4 6 8z ) 因为|a b ||a b |, 所以222222)8()6(4)8()4(2z z -+-+=++-+解得z 17. 设3||=a , |b |=1, 6) ,(^π=b a , 求向量a +b 与a -b 的夹角.解 |a b |2(a b )×(a b )|a |2|b |22a ×b |a |2|b |22|a |×|b |cos(a^b )76cos 3213=++=π|a b |2(a b )×(a b )|a |2|b |22a ×b |a |2|b |22|a |×|b |cos(a^b )16cos 3213=-+=π设向量a +b 与a -b 的夹角为则721713||||||||||||)()(cos 22=⋅-=-⋅+-=-⋅+-⋅+=b a b a b a b a b a b a b a θ72arccos =θ8. 设a +3b ^7a -5b , a -4b ^7a -2b , 求) ,(^b a .解 因为a +3b ^7a -5b , a -4b ^7a -2b ,所以 (a +3b )×(7a -5b )=0, (a -4b )×(7a -2b )=0,即 7|a |2+16a ×b -15|b |2 =0, 7|a |2-30a ×b +8|b |2=0, 又以上两式可得b a b a ⋅==2||||,于是 21||||) ,cos(^=⋅⋅=b a b a b a , 3) ,(^π=b a .9. 设a =(2, -1, -2), b =(1, 1, z ), 问z 为何值时) ,(^b a 最小？并求出此最小值.解 2^2321||||) ,cos(z z +-=⋅⋅=b a b a b a .因为当2) ,(0^π<<b a 时, ) ,cos(^b a 为单调减函数. 求) ,(^b a 的最小值也就是求22321)(z z z f +-=的最大值.令0)2(431)(2/32=+--⋅='z z z f , 得z =-4. 当z =-4时, 22) ,cos(^=b a , 所以422arccos ) ,(min ^π==b a .10 设|a |4 |b |36) ,(^π=b a , 求以a2b 和a 3b 为边的平行四边形的面积解 (a 2b )(a 3b )3a b 2b a 5b a 以a 2b 和a 3b 为边的平行四边形的面积为3021435) ,sin(||||5||5|)3()2(|^=⋅⋅⋅=⋅=⨯=-⨯+b a a b a b b a b a11 设a (2 3 1) b (1 2 3) c (2 1 2) 向量r 满足r ^a r ^b Prj c r 14 求r 解 设r (x y z )因为r ^a r ^b 所以r ×a 0 r ×b 0 即 2x 3y z 0 x 2y 3z 0又因为Prj c r14 所以14||1=⋅c c r 即2x y 2z 42 解线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=++=+-=+-4222032032z y x z y x z y x得x 14 y 10 z 2 所以r (14 10 2)另解 因为r ^a r ^b所以r 与k j i kj i b a ---=--=⨯57321132平行故可设r(75 1) 又因为Prj c r14 所以14||1=⋅c c r r ×c 42 即(725112)42 2 所以r (14 10 2)12 设a (1 3 2) b (2 3 4) c (3 12 6) 证明三向量a 、b 、c 共面 并用a 和b 表示c证明 向量a 、b 、c 共面的充要条件是(a b )×c 0 因为 ki kj i b a 36432231--=---=⨯(a b )×c (6)(3)012(3)6所以向量a 、b 、c 共面 设c a b 则有 (2 33 24)(3 12 6)即有方程组⎪⎩⎪⎨⎧=-=--=+-642123332μλμλμλ解之得5 1 所以c 5a b13. 已知动点M (x ,y ,z )到xOy 平面的距离与点M 到点(1, -1, 2)的距离相等, 求点M 的轨迹方程.解 根据题意 有222)2()1()1(||-+++-=z y x z或 z 2(x 1)2(y 1)2(z 2)2化简得(x 1)2(y 1)24(z 1) 这就是点M 的轨迹方程14. 指出下列旋转曲面的一条母线和旋转轴:(1)z =2(x 2+y 2);解 旋转曲面的一条母线为zOx 面上的曲线z 2x2旋转轴为z 轴(2)136936222=++z y x解 旋转曲面的一条母线为xOy 面上的曲线193622=+y x 旋转轴为y 轴(3)z 23(x 2y 2)解 旋转曲面的一条母线为yOz 面上的曲线y z 3= 旋转轴为z 轴(4)144222=--z y x解 旋转曲面的一条母线为xOy 面上的曲线1422=-y x 旋转轴为x 轴15 求通过点A (3 00)和B (0 0 1)且与xOy 面成3π角的平面的方程 解 设所求平面的法线向量为n (a b c )→)1 ,0 ,3(-=BA xOy 面的法线向量为k(00 1)按要求有→=⋅BA n 3cos ||||π=⋅⋅k n k n即 ⎪⎩⎪⎨⎧=++=-2103222c b a c c a解之得c 3a a b 26±= 于是所求的平面的方程为 0326)3(=+±-z y x即 3326=++z y x 或3326=+-z y x16. 设一平面垂直于平面z =0, 并通过从点(1, -1, 1)到直线⎩⎨⎧==+-01x z y 的垂线, 求此平面方程.解 直线⎩⎨⎧==+-001x z y 的方向向量为s (0 11)(1 0 0)(0 11) 设点(1, -1, 1)到直线⎩⎨⎧==+-001x z y 的垂线交于点(x 0y 0 z 0) 因为点(x 0 y 0 z 0)在直线⎩⎨⎧==+-01x z y 上 所以(x 0 y 0 z 0)(0 y 0 y 01) 于是 垂线的方向向量为s 1(1 y 01 y 0) 显然有s ×s 10 即y 01y 00 210-=y 从而)21 ,21 ,1() ,1 ,1(001--=+-=y y s所求平面的法线向量可取为 j i k j i k s k n --=-+-⨯=⨯=21)2121(1所求平面的方程为 0)1()1(21=+---y x 即x 2y 1017. 求过点(-1, 0, 4), 且平行于平面3x -4y +z -10=0, 又与直线21311zy x =-=+相交的直线的方程.解 过点(-1, 0, 4), 且平行于平面3x -4y +z -10=0的平面的方程为 3(x 1)4(y 0)(z 4)0 即3x -4y +z -1=0 将直线21311zy x =-=+化为参数方程x 1t y 3t z 2t 代入平面方程3x -4y +z -1=0 得3(1t )4(3t )2t 1解得t 16 于是平面3x -4y +z -1=0与直线21311zy x =-=+的交点的坐标为(15 1932) 这也是所求直线与已知直线的交点的坐标 所求直线的方向向量为s (15 19 32)(-1, 0, 4)(16 19 28) 所求直线的方程为 28419161-==+z yx18. 已知点A (1, 0, 0)及点B (0, 2, 1), 试在z 轴上求一点C , 使ABC 的面积最小. 解 设所求的点为C (0 0 z ) 则→) ,0 ,1(z AC -= →)1 ,2 ,0(--=z BC因为 →→kj i kj i 2)1(212001+-+=---=⨯z z z z BC AC所以ABC 的面积为→→4)1(421||2122+-+=⨯=z z BC AC S令04)1(4)1(284122=+-+-+⋅=z z z z dz dS 得51=z 所求点为)51 ,0 ,0(C19. 求曲线⎩⎨⎧-+-=--=2222)1()1(2y x z y x z 在三个坐标面上的投影曲线的方程. 解 在xOy 面上的投影曲线方程为⎩⎨⎧=--=-+-02)1()1(2222z y x y x , 即⎩⎨⎧=+=+022z yx y x .在zOx 面上的投影曲线方程为⎩⎨⎧=---±+-=0)12()1(222y z x x z , 即⎩⎨⎧==+--++002342222y z x z xz x .在yOz 面上的投影曲线方程为⎩⎨⎧=-+---±=0)1()12(222x y z y z , 即⎩⎨⎧==+--++002342222x z y z yz y .20. 求锥面22y x z +=与柱面z 2=2x 所围立体在三个坐标面上的投影. 解 锥面与柱面交线在xOy 面上的投影为 ⎩⎨⎧=+=0222z y x x , 即⎩⎨⎧==+-01)1(22z y x ,所以, 立体在xOy 面上的投影为⎩⎨⎧=≤+-01)1(22z y x . 锥面与柱面交线在yOz 面上的投影为 ⎪⎩⎪⎨⎧=+=0)21(222x y z z , 即⎪⎩⎪⎨⎧==+-01)22(222x y z ,所以, 立体在yOz 面上的投影为⎪⎩⎪⎨⎧=≤+-01)22(222x y z .锥面22y x z +=与柱面z 2=2x 与平面y =0的交线为 ⎩⎨⎧==0||y x z 和⎩⎨⎧==02y xz所以, 立体在zOx 面上的投影为⎩⎨⎧=≤≤02y x z x 21 画出下列各曲面所围立体的图形(1)抛物柱面2y 2x 平面z 0及1224===zy x(2)抛物柱面x 21z 平面y 0 z 0及x y 1(3)圆锥面22y x z +=及旋转抛物面z 2x 2y 2 (4)旋转抛物面x 2y 2z 柱面y 2x 平面z 0及x 1。
数学模型第五版姜启源课件
数学模型第五版姜启源课件1. 引言数学模型是一种以数学方法描述、分析和解决实际问题的工具。
它是现代科学、工程和社会学科中不可或缺的一部分。
姜启源的《数学模型》是国内外广泛采用的教材之一，这份课件是对第五版《数学模型》的经典章节进行概要的总结和讲解。
2. 背景与目的数学模型的研究对象可以是自然界的现象、社会经济问题或工程技术等。
通过建立数学模型，我们可以更好地理解问题的本质，并探索解决问题的方法。
数学模型的建立需要一定的理论基础和技巧，本课件旨在帮助读者快速掌握数学模型的基本概念和建模方法。
3. 数学模型的基本概念数学模型是对实际问题进行抽象和描述的数学形式。
它由问题的假设、变量、关系和约束等要素组成。
本部分介绍了数学模型的基本概念，包括：3.1 假设与逼近数学模型的建立需要对实际问题进行适当的假设和逼近。
假设是对问题中不确定因素的简化和规定，而逼近是对问题中不精确因素的近似和描述。
3.2 变量与参数变量是数学模型中描述问题状态的符号，它可以是数值、向量、矩阵等。
参数是数学模型中的固定值，它们可以是已知的或未知的。
3.3 关系与方程关系是数学模型中描述变量之间相互关系的数学表达式。
方程是关系中等号左右两边相等的表达式。
3.4 约束条件与目标函数约束条件是数学模型中描述问题限制条件的不等式或等式。
目标函数是数学模型中描述问题目标的数学表达式。
4. 常见的数学模型本部分介绍了一些常见的数学模型及其应用场景，包括：4.1 线性模型线性模型是最简单的数学模型之一，它的关系和约束条件可以表示为线性方程或线性不等式。
线性模型广泛应用于经济学、管理学、物理学、工程学等领域。
4.2 非线性模型非线性模型是一类不满足线性关系的数学模型。
它的关系和约束条件可以表示为非线性方程或非线性不等式。
非线性模型常用于生物学、化学、地球物理学等领域的研究。
4.3 动态模型动态模型是描述系统随时间变化的数学模型。
它可以采用微分方程、差分方程或积分方程等形式进行建模。
数学建模第七章
第七章生态学模型§7.1 微分方程稳定性理论简介一．基本概念考虑维空间中的向量值函数，当、时我们可以将之想象为平面或空间中一质点的运动曲线，它描述质点在时刻的位置。
许多物理或社会系统均可以被一组形如的微分方程描述，简记为，其中，通常称之为自治的动力系统。
称点为动力系统的一个平衡点，若。
这时为动力系统的一个奇解。
平衡点在对一个动力系统的定性分析中具有特殊的意义，称动力系统的平衡点是（渐近）稳定的，若对该动力系统的任一解，均有。
例：求解微分方程组的平衡点，并讨论其稳定性。
解：很容易该微分方程组的唯一平衡点；由已知微分方程组可以得到，进而，对该微分方程组的任一解，，因此，因此平衡点是稳定的。
读者可以自己验证是微分方程组的唯一平衡点，但不是稳定的。
对于一个齐次的线性微分方程组（为一阶实方阵），有如下结果：定理：若非退化，则是线性动力系统唯一平衡点，且平衡点是稳定的充分必要条件为的所有特征值的实部均小于0。
二．二阶方程平衡点的拓扑分类与判别对于二维平面中（二阶方程）的情形，根据平衡点的局部拓扑性状分为结点、焦点、鞍点以及中心等四类，其中鞍点、中心这两类型的平衡点是不稳定的，而结点、焦点类型的平衡点还可以分为稳定与不稳定的情形，可参照示意图。
就二阶齐次线性微分方程组（），下表给出其平衡点的类型和稳定性：二特征值，，，稳定退化结点，不稳定退化结，，，，（其中、分别表示复数的实部、虚部）对于一般的非线性微分方程组的讨论，由于其平衡点不存在或者存在但并不唯一，因此需引入局部稳定的概念：称动力系统的平衡点是局部（渐近）稳定的，若存在，对该动力系统的任一解，只要存在某满足，均有。
而对平衡点局部（渐近）稳定性的判别，只须对原微分方程的右端项取一阶Taylor展式，构造线性动力系统进行讨论，这里。
§7.2 种群竞争问题：在自然环境中，生物种群丰富多彩，它们之间通常存在着或是相互竞争，或是相互依存，或是弱肉强食等这样的三种基本关系。
同济第五版高数下第七章课件
验证不定积分的计算结果
03
通过与积分表中的结果进行比对，可以验证自己计算
的不定积分是否正确。
06
定积分
定积分的概念与性质
定义
定积分是积分的一种，是函数在某个区间上的积 分和的极限。
几何意义
定积分的值等于曲线与x轴所夹的面积，即曲线 下方的面积。
性质
定积分具有线性性质、可加性、区间可加性、积 分第二基本定理等性质。
分部积分法
通过将两个函数的乘积进行微分，将一个函数的不定积分转化为另一个函数的 不定积分。
积分表的使用
查询基本初等函数的不定积分
01
积分表列出了常用基本初等函数的不定积分，方便查
询。
简化复杂函数的不定积分
02 对于一些复杂函数，可以通过积分表查询类似函数的
已知不定积分，进而求得该复杂函数的不定积分。
05
不定积分
不定积分的概念与性质
不定积分的定义
不定积分是微分的逆运算，即求一个函数的原函数或不定原函数。
不定积分的性质
不定积分具有线性性质、积分常数性质和积分区间可加性。
不定积分的计算方法
直接积分法
利用不定积分的性质和基本初等函数的积分公 式，直接求出不定积分。
换元积分法
通过引入中间变量进行换元，将复杂函数的不 定积分转化为简单函数的不定积分。
02
复合函数的导数
03
隐函数的导数
如果一个函数是由多个基本初等 函数复合而成，可以通过链式法 则计算其导数。
对于由方程确定的隐函数，可以 通过对方程两边求导来得到其导 数。
微分的概念与运算
微分的定义
微分是函数在某一点附近的小增 量，它描述了函数值随自变量微 小变化时的近似变化量。
数学模型第五版姜启源
数学模型第五版姜启源简介数学模型是一门研究数学与实际问题应用的学科。
姜启源教授的《数学模型》系列教材是广大数学爱好者和学习者的宝贵资料。
本文将介绍数学模型第五版姜启源的内容和特点。
内容概述数学模型第五版姜启源这本书主要涵盖了以下方面的内容：1.数学模型的基本概念：介绍数学模型的定义、分类以及数学模型构建的基本步骤。
2.线性规划：介绍线性规划的基本概念、线性规划模型的建立和求解方法，以及线性规划在实际问题中的应用。
3.整数规划：介绍整数规划的基本概念、整数规划模型的建立和求解方法，以及整数规划在实际问题中的应用。
4.图论与网络优化：介绍图论的基本概念、常见图论模型的建立和求解方法，以及图论在实际问题中的应用。
5.随机模型：介绍随机模型的基本概念、常见随机模型的建立和求解方法，以及随机模型在实际问题中的应用。
6.动态规划：介绍动态规划的基本概念、动态规划模型的建立和求解方法，以及动态规划在实际问题中的应用。
特点分析数学模型第五版姜启源具有以下几个特点：综合性本书对数学模型的研究内容进行了系统的整理和，包括线性规划、整数规划、图论与网络优化、随机模型以及动态规划等多个方面。
这使得读者能够从不同角度了解数学模型的应用领域和解决方法。
理论与实践结合本书不仅介绍了数学模型的理论基础，还结合实际问题进行案例分析和求解过程。
通过实际案例的引入，读者能够更好地理解数学模型和解决实际问题的方法。
解题思路明确本书对每一类数学模型都给出了清晰的解题思路和求解方法，从数学模型的建立到求解过程，都有详细的讲解和示例演示。
这有助于读者掌握解题的方法和技巧，提高数学建模能力。
应用广泛性数学模型是一门跨学科的学科，本书所涉及的数学模型方法和应用领域非常广泛，适用于工科、理科以及经济管理等多个领域。
，无论是学生还是研究者，都能从本书中获得实用的知识。
数学模型第五版姜启源是一本内容丰富、方法全面的数学模型教材。
它系统地介绍了数学模型的基本概念、建立方法和求解技巧，以及在实际问题中的应用。
组合数学第五版第七章答案
1
0
1
9 34
0
1
2
··
·
·
·
··
·
·
·
The sequence repeats with period 3 (resp. 8) (resp. 6) if m = 2 (resp. m = 3) (resp. m = 4). The result follows.
4. For an integer n ≥ 5 we have
8. By construction h0 = 1 and h1 = 2. We now find hn for n ≥ 2. Consider a coloring of the 1 × n chessboard. The first square is colored red or blue. If it is blue, then there are hn−1 ways to color the remaining n − 1 squares. If it is red, then the second square is blue, and there are hn−2 ways to color the remaining n − 2 squares. Therefore hn = hn−1 + hn−2. Comparing the above data with the Fibonacci sequence we find hn = fn+2.
m = qn + r
1 ≤ r ≤ n − 1.
Observe that
GCD(n, r) = GCD(m, n) = d.
By induction and since r ≤ n − 1,
(完整版)数学模型姜启源-第七章(第五版)
标准化第1步：区分
费用型属性 效益型属性
价格X1
性能X2, 款式X3
对费用型的属性值dij作倒数变换 ——将全部属性统一为效益型.
25 9 7
D 18
7
7
12 5 5
1/ 25 9 7
D 1/18
7
7
1/12 5 5
1）决策矩阵及其标准化
R (rij )mn , 0 rij 1
标准化第2步：对dij作比例尺度变换
rij
dij
m
dij
i 1
rij
dij
i
max
1, 2 ,
m
dij
rij
dij
m
di2j
i 1
R的列和为1 ~归一化
R的列最大值 为1~最大化
R的列模为1 ~模一化
R~标准化的决策矩阵 当且仅当dij=0时才有rij=0
比例变换假定: 属性的重要性随属性值线性变化.
2.决策矩阵 3.属性权重 4.综合方法. 1. 确定属性集合的一般原则： • 全面考虑, 选取影响力(或重要性) 强的. • 属性间尽量独立(至少相关性不太强) • 不选难以辨别方案优劣的(即使影响力很强). • 尽量选可量化的, 定性的也要能明确区分档次. • 若数量太多(如大于7个), 应将它们分层.
WP
0.3067 0.3364 0.3569
TOPSIS
0.2411 0.2840 0.4749
SAW(R归一化, 最大化), WP结果差别很小,
TOPSIS结果差别稍大. 优劣顺序均为A3 , A2 , A1
• 简单、直观的加权和法(SAW)是人们的首选.
数学建模第五版教学设计
数学建模第五版教学设计一、课程简介本课程是针对大学本科生开设的数学建模课程，旨在培养学生的数学思维、计算机编程能力和实际问题解决能力。
学习本课程需要具备一定的高等数学和计算机基础。
二、教学目标1.培养学生的数学建模思维，包括问题建模、模型构建、模型分析和模型验证等方面。
2.提高学生的计算机编程能力，熟悉常用的数学建模工具和软件。
3.培养学生的实际问题解决能力，掌握解决实际问题的方法和技巧。
三、教学内容第一章数学模型与建模方法1.数学模型的定义及其应用背景。
2.数学建模的基本流程，包括问题建模、模型构建、模型分析和模型验证等环节。
3.建模方法的分类和基本特征，包括解析建模、仿真建模、图像建模等。
4.建模误差和误差控制方法。
第二章最优化模型1.最优化模型的定义及其应用背景。
2.最优化问题的描述和求解方法，包括数学规划、线性规划、非线性规划等。
3.最优化模型的实际应用，包括供应链管理、工程优化、金融投资等。
第三章统计模型1.统计模型的定义及其应用背景。
2.基本统计学方法和统计推断。
3.建立统计模型，包括回归分析、时间序列分析等。
4.统计模型在实际问题中的应用，包括市场调研、财务分析、医学研究等。
第四章蒙特卡罗方法1.蒙特卡罗方法的定义及其应用背景。
2.随机模拟和蒙特卡罗模拟方法。
3.蒙特卡罗模拟在最优化、统计学等领域中的应用。
第五章数学软件及其应用1.常用的数学软件，包括Matlab、Mathematica、Maple、Python等。
2.数学软件的基本功能和应用场景。
3.数学软件在数学建模中的应用。
四、教学方法本课程采用理论知识和实践操作相结合的教学方法。
课程中将通过讲授基础理论知识、案例分析、模拟操作等方式，引导学生深入理解数学模型和建模方法，并掌握数学软件和编程语言的操作技能。
五、教学评估1.课堂问答：掌握课程知识点，理解学习内容。
2.课后作业：巩固课程学习，检查学生的理解能力和解题能力。
3.课程项目：引导学生应用所学知识，独立完成一项小型建模项目。
高教社2024高等数学第五版教学课件-7.2 多元函数微分学
所以
2 ,
=
2
2
= + 2 ,
= ′′ = ′′ (, ) ；
2
=
(
+
2 ) = 1 + 2 ；
2
=
(
+ 2 )
=1
2
+ 2 ； 2
导数,依对变量x,y求导次序不同,二阶偏导数共有四个：
2
2
= ′′ =
=
′′ (, )；
2
= ′′ =
=
2
=
= ′′ = ′′ (, )；
′′ (, )；
→1
= (0,1) = 1.
与闭区间上一元连续函数的性质类似,在有界闭区域上的
二元连续函数一定有最大值和最小值,且能取到介于最大值与
最小值之间的任何值.
三、偏导数的概念及运算
1.偏导数的概念
在一元函数微分学中,我们曾研究过函数 = ()的导数,
即函数y对自变量x的变化率,在多元函数中, 要讨论一个自变量
不为零）仍为连续函数.二元连续函数的复合函数也是连续函
数,二元初等函数在其定义区域内连续,因此若(, )为二元
初 等 函 数 , (0 , 0 ) 为 其 定 义 区 域 内 的 点 , 则 →
(, ) =
0
→0
1− 2
(0 , 0 ),如 2 2
→0 +
(, ) → (0 ，0 )时函数(, )的极限,记作
(, ) = 或 (, ) = .
数学模型第五版教学设计
数学模型第五版教学设计一、引言随着信息时代的到来，人们的思维方式也发生了改变。
人们面对的问题越来越复杂，过去简单的解决方法已经无法满足实际需要。
因此，数学模型的构建与求解成为了解决实际问题的一种重要方式。
数学模型是把实际问题抽象化、描述化、符号化、数学化以及综合化的过程，可以将人们遇到的实际问题转化为数学问题，进而得到数学解，并为实际问题提供更有效、更经济、更合理的解决方案。
《数学模型》是我国高校数学专业的一门重要的基础课程，它教授的是建立和分析实际问题的数学模型的方法和技术。
本教学设计参照《数学模型》第五版，从教学目标、教学内容、教学方法、教学评价、教学资源等方面探讨如何有效开展数学模型的教学。
二、教学目标本课程旨在培养学生掌握建立数学模型的方法、技巧和分析实际问题的能力，使学生能够1.掌握建立数学模型的基本方法和技巧；2.熟练掌握数学模型求解的基本方法和技巧；3.能够分析和评价数学模型的适用性和可靠性；4.能够应用所学知识发现和解决现实中的问题；5.培养学生的数学建模思维和创新意识。
三、教学内容1.数学模型的基本概念和基本方法。
2.常用数学模型的建立与求解。
3.数学模型的适用性和可靠性分析。
4.数学模型在实际中的应用。
四、教学方法1.讲授法：教师对理论知识进行讲解。
2.研究法：学生通过阅读教材和相关专业书籍，自主研究所学内容。
3.课堂案例分析：教师选取实际问题，引导学生进行建模思考和分析。
4.讨论法：教师通过提供案例，引导学生探讨数学模型的适用性和可靠性。
5.项目式教学：学生通过小组合作完成数学模型相关课程设计、研究报告等项目任务。
五、教学评价1.课堂表现：学生出勤情况、发言表现、思考和解答问题能力等。
2.作业评估：布置适当数量和难度的作业，考察学生对知识的理解和应用能力。
3.个人报告：要求每个学生或小组对所学内容进行归纳和整理，并展示给全班同学。
4.项目评估：对学生完成的项目进行评估，考察学生对数学模型的建立和分析能力。
数学模型 第五版
数学模型
数
学
求解 世
界
数学模型的解答
将实际问题“翻译”成数学问题. 两次“翻译”
将数学解答“翻译”回实际对象.
实践 理论 实践
1.7 数学模型的特点和分类
数学模型的特点
模型的逼真性和可行性 模型的非预制性
模型的渐进性
模型的条理性
模型的强健性
模型的技艺性
模型的可转移性
模型的局限性
数学模型的分类
应用领域 人口、交通、经济、生态、…
2. 建模的关键是什么？ 变量表示椅子的位置. 函数 f(), g() 表示椅脚与地面的距离.
3. 建模过程中有无不严谨之处？ 椅子的旋转轴在哪里，它在旋转过程中怎样变化？
做自己的模型
• 亲自动手，踏踏实实地做几个实际题目——
不妨从包饺子这样的简单问题开始.
• 提倡在实际生活中发现、提出问题，建立模型 .
s2
1 2
a
2t
2 2
vmax a1t1 , vmax a2t2
相邻路障间行驶总距离
s
s1
s2
v2 max 2
1 ( a1
1 )
a2
给定vmax，由测试数据估计a1，a2 ，
s = 路障间距
计算 测试数据作图 大致线性关系 t = cv+d
t
6
5 加速行驶
3
5
2
1
40
v
0
0
10
20
30
40
t
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（船速为20km/h）
数学模型 (Mathematical Model) 和 数学建模（Mathematical Modeling)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1 / 25 9 7 D 1 / 18 7 7 1 / 12 5 5
对费用型的属性值dij作倒数变换 ——将全部属性统一为效益型.
1）决策矩阵及其标准化
dij
R (rij )mn , 0 rij 1
dij A1 A2 A3 X1 25 18 12 X2 9 7 5 X3 7 7 5
1）决策矩阵及其标准化 m个备选方案 A1, A2,…,Am n个属性 X1, X2, …, Xn dij ~Ai对Xj的取值
25 9 7 汽车 D 18 7 7 选购 12 5 5
标准化第2步：对dij作比例尺度变换
rij
d
i 1
m
rij
ij
dij
i 1, 2 ,m
max dij
rij
dij
2 d ij i 1 m
R的列和为1 ~归一化
R的列最大值 为1~最大化
R的列模为1 ~模一化
R~标准化的决策矩阵 当且仅当dij=0时才有rij=0
比例变换假定: 属性的重要性随属性值线性变化.
属性权重取信息熵法结果:w=(0.5330,0.3293,0.1377)T
汽车选购
用3种综合方法确定3种汽车的优劣顺序
1. 简单加权和法 (SAW) R归一化
v Rw
v=(0.3110,0.3260,0.3629)T
v=(0.7228,0.7492,0.8143)T
v归一化
R最大化
v=(0.3162,0.3277,0.3562)T
F
j 1
j 1,2,, n
j
2）属性权重的确定
1 / 25 9 7 D 1 / 18 7 7 1 / 12 5 5 归 一 化
汽车选购
X1 0.2236 0.3106 0.4658 0.9594 0.0406 0.5330 X2 0.4286 0.3333 0.2381 0.9749 0.0251 0.3293 X3 0.3684 0.3684 0.2632 0.9895 0.0105 0.1377
比例尺度变换的理想模式和分配模式 • 两种模式计算的结果数值上一般不会相同. • 方案的优劣排序大体上一致(方案数量不多时). 在实际应用中究竟应该采用哪种模式?
理想模式~决策者关心每个方案相对于基准指标 的优劣; 从众多候选方案中只选一个最优者.
分配模式~决策者关心每个方案相对于其他方案 的占优程度; 需要对候选方案的优劣给出定量评 价;特别用于资源分配问题.
要素：1.决策目标、备选方案与属性集合 2.决策矩阵 3.属性权重 4.综合方法. 2.决策矩阵 表示方案对属性的优劣(或偏好)程度.
以方案为行、属性为列、每一方案对 每一属性的取值为元素构成的矩阵.
3.属性权重 对目标影响力(或重要性)的权重分配 可以定量的属性 只能定性的属性
4. 综合方法 将决策矩阵与属性权重加以综合, 得到最终决策的数学方法.
2. 加权积法(WP)
v=(0.4847,0.5316,0.5639)T
v归一化
vi
d j
1
n
wj ij
v=(0.3067,0.3364,0.3569)T
3. 理想解法 (TOPSIS） R模一化
0.1977 0.2381 0.0869 vij=rij wj V (vij ) 0.2746 0.1852 0.0869 0.4118 0.1323 0.0621
汽车选购等决策问题的共同特点 • 考虑的因素常涉及经济、社会等领域，对它们的 重要性、影响力作比较、评价时缺乏客观的标准. • 待选对象对于这些因素的优劣程度常难以量化. 多属性决策是处理这类决策问题的常用方法. 什么是多属性决策 为一特定目的在备选方案中确定一个最优的 (或 给出优劣排序、优劣数值), 而方案的优劣由若干 属性(准则、特征、性能)给以定量或定性的表述.
第七章
连续模型 微分方程 线性、非线性规划
离散模型
离散模型
差分方程 整数规划
科学、技术等领域
经济、社会等领域
• 案例主要取自决策、排序、分配等方面的问题. • 从应用角度只涉及代数、几何和图的一点知识.
第 七 章
离 散 模 型
7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8
汽车选购 职员晋升 厂房新建还是改建 循环比赛的名次 公平的席位分配 存在公平的选举吗 价格指数 钢管的订购和运输
1. 确定决策目标、备选方案与属性集合； 2. 用量测、调查等手段确定决策矩阵和属性权重, 推荐用信息熵法由决策矩阵得出属性权重；
3. 将全部属性统一 (如效益型)，并采用归一化、 最大化或模一化对决策矩阵标准化；
4. 选用加权和、加权积、TOPSIS等综合方法 计算方案对目标的权重，作为决策的依据.
汽车选购
用3种综合方法确定3种汽车的优劣顺序
1 / 25 9 7 D 1 / 18 7 7 1 / 12 5 5
统一为效益型的决策矩阵 R归一化 R最大化
R模一化
0.2236 0.4286 0.3684 0.4800 1.0000 1.0000 0.3709 0.7229 0.6312 , R 0.6667 0.7778 1.0000, R 0.5151 0.5623 0.6312 R 0 . 3106 0 . 3333 0 . 3684 0.4658 0.2381 0.2632 1.0000 0.5556 0.7143 0.7727 0.4016 0.4508
(vij v j )2
S i S i S i
相对接近度
C i
C+=(0.3368,0.3966,0.6633) 归一化 C+=( 0.2411,0.2840,0.4749)
汽车选购
方法 方案 A1 A2 A3
用3种综合方法确定3种汽车的优劣顺序
SAW (R归一化) 0.3110 0.3260 0.3629 SAW (R最大化) 0.3162 0.3277 0.3562 WP TOPSIS
多属性决策应用中的几个问题
1. 比例尺度变换的归一化和最大化 归一化 ~ 分配模式 (Distributive Mode) • 列和为1: 各方案分配总量固定(1单位)的资源.
• 某一方案属性值改变引起其他方案属性值随之改变.
最大化 ~ 理想模式 (Ideal Mode) • 列最大值为1:各方案与占资源1的最优方案比较. • 任一方案的属性值独立于最优方案外的其他方案.
7.1 汽车选购
• • • • 考虑的因素：经济适用、性能良好、款式新颖. 对3个因素在汽车选购中的重要性有大致比较. 对待选汽车在每一因素中的优劣程度有基本判断. 对待选汽车作出综合评价, 为选购确定决策.
人们在日常生活中常常碰到类似的决策问题： 选择旅游目的地，选择学校上学，选择工作岗位. 从事各种职业的人在工作中经常面对决策： 购买哪种设备；选择研究课题；选拔秘书；对经 济、环境、交通、居住等方面的发展做出规划.
D (dij )mn , dij 0 ~决策矩阵
决策矩阵的获取
• 调查、量测各方案对属性的取值(定量, 偏于客观). • 决策者打分评定或用层次分析法的成对比较得到 (定性, 偏于主观).
1）决策矩阵及其标准化 决策矩阵D的列~各方案对某属性的取值(属性值). 各属性物理意义(包括量纲)不同 决策矩阵标准化 标准化第1步：区分 费用型属性 价格X1 效益型属性 性能X2, 款式X3
2）属性权重的确定 方案关于属性Xj的熵
E j k rij ln rij , k 1 ln m
i 1 m
rij=1/m时Ej=1. Xj对于辨别方案优劣不起作用.
rij只有一个1其余为0时Ej=0 Xj最能辨别方案优劣.
Fj 1 E j , 0 Fj 1
rij (i=1,2,…,m)相差越大, Ej越小, Xj越能辨别优劣. 属性Xj对于方案的区分度 Xj的权重(归一化的区分度) w Fj , j n
2. 加权积法（WP, Weighted Product） 将SAW的算术加权平均改为几何加权平均：
vi d , i 1,2,, m
wj ij j 1
n
• 可直接用方案对属性的原始值dij, 不需要标准化. • 若效益型属性的权重取正值，则费用型属性的 权重应取负值 .
3. 接近理想解的偏好排序法 (TOPSIS , Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution）
rij
Ej Fj wj
w1最大
w3最小
3种汽车价格X1取值相差最大,款式X3取值相差最小. • rij (i=1,2,…,m)的均方差可作为区分度Fj (m较大时).
3）主要的综合方法 决策矩阵 + 属性权重 方案对目标的权重 综合方法 （综合取值）
1. 简单加权和法 (SAW, Simple Additive Weighting)
2. 区间尺度变换使用中的问题 区间尺度变换 ~对原始权重dij作伸缩与平移变换
2）属性权重的确定 w1, w2, , wn~属性X1, X2, …, Xn的权重 • 根据决策目的和经验先验地给出. • 用层次分析法的成对比较得到.
，
w
j 1
n
j
1
偏于主观
• 信息熵法
偏于客观
熵 ~ 信息论中衡量不确定性的指标，信息量的 (概率)分布越一致，不确定性越大. R归一化的每一列 (r1 j , r2 j ,, rmj ) ~ 各方案对Xj信息量的(概率)分布.