常微分方程教学中数学建模与应用能力的培养
高职微分方程教学中融入数学建模思想
高职微分方程教学中融入数学建模思想摘要:本文论述了在高职微分方程的教学中融入数学建模的思想,通过分析高职学生的数学学习现状,提出了在常微分方程教学中渗透数学建模思想的意义及方法以及常微分方程在数学建模中的应用,使学生能体会应用数学知识解决实际问题的乐趣,全面提高学生的数学素质,达到实现教学改革的目标。
abstract: this paper discussed the thought of introducing mathematical modeling to higher vocational differential equation teaching, through the analysis of the present situation of higher vocational students’mathematics study,proposed the significance and method of introducing mathematical modeling to ordinary differential equation teaching and its application of ordinary differential equations in mathematical modeling, to enable students to experience the fun of applying mathematical knowledge solving practical problems, improve student’s mathematics quality,and achieve the goal of teaching reform.关键词:高职;常微分方程;数学建模;应用key words: higher vocational;ordinary differential equation;mathematical modeling;application中图分类号:o175 文献标识码:a 文章编号:1006-4311(2013)24-0222-021 微分方程产生的背景微分方程作为数学领域的中心学科至今已有近300年的发展历史。
大学数学专业学什么课程
大学数学专业学什么课程大学数学专业是培养数学专业人才的重要学科之一。
数学作为一门基础学科,不仅在理论研究领域有着重要地位,同时也在科学研究、工程技术和经济管理等领域发挥着巨大的作用。
大学数学专业的课程设置旨在培养学生的数学综合素质和数学应用能力。
本文将介绍大学数学专业常见的课程。
一、数学分析数学分析是大学数学专业的核心课程之一,它是数学学科中最基础、最重要的分支之一。
数学分析包括实分析和复分析两个方向。
在实分析中,主要学习实数理论、极限理论、微积分、级数理论等;而在复分析中,主要学习复数理论、复变函数理论、留数定理等。
数学分析的学习旨在培养学生的逻辑思维和分析问题的能力,是后续高级课程的基础。
二、线性代数线性代数是大学数学专业的另一门重要课程。
它研究了向量空间、线性变换、矩阵理论等内容。
线性代数在数学学科和其他相关学科中都起着重要的作用,例如在图论、数值分析、概率论等领域中应用广泛。
线性代数的学习可以培养学生的抽象思维、空间想象力和运算能力,对于理解和应用其他数学课程具有重要意义。
三、概率论与数理统计概率论与数理统计是大学数学专业中的重要应用课程。
概率论研究了随机事件的概率和概率分布,数理统计则研究了通过样本对总体进行推断的方法与理论。
概率论与数理统计广泛应用于金融、统计学、生物学等领域,并对人们的科学思维和分析问题的能力有很大的促进作用。
四、常微分方程常微分方程是研究微分方程的一个分支,也是大学数学专业中的重要课程之一。
常微分方程广泛应用于物理、工程、生物学等领域,并且对掌握和提高数学建模能力具有重要意义。
在常微分方程的学习中,学生将掌握解微分方程的方法与技巧,培养数学建模和问题求解的能力。
五、数值计算方法数值计算方法是大学数学专业的一门实用课程。
它研究如何利用计算机技术解决数学问题,包括数值逼近、数值积分、数值线性代数等内容。
数值计算方法的学习可以使学生熟悉常见的数值计算算法和软件工具,培养他们的计算思维和实际问题处理能力。
常微分方程 一流本科课程申报书
常微分方程一流本科课程申报书摘要:1.课程概述2.课程目标3.课程内容4.教学方法5.课程评价6.预期成果正文:一、课程概述常微分方程是一门研究常微分方程理论及其应用的课程,主要面向数学与应用数学专业的本科生。
该课程旨在培养学生具备良好的数学素养,掌握常微分方程的基本理论、方法和应用技巧,为后续深入学习及相关领域研究奠定基础。
二、课程目标1.掌握常微分方程的基本概念、性质和解法。
2.熟悉常微分方程的稳定性、奇点、相空间等重要概念。
3.熟练运用常微分方程理论解决实际问题。
4.培养学生的数学建模、逻辑思维和创新能力。
三、课程内容1.常微分方程的基本概念:微分方程、解、通解等。
2.常微分方程的解法:可分离变量、齐次、线性、伯努利等。
3.常微分方程的性质:稳定性、奇点、相空间等。
4.常微分方程的应用:建模与求解。
四、教学方法1.讲授式教学:以课堂讲授为主,结合实际例子讲解理论知识。
2.讨论式教学:组织学生进行课堂讨论,激发学生的思考和创新能力。
3.实践性教学:布置课后习题,要求学生运用所学知识解决实际问题。
4.线上教学:利用网络资源,为学生提供课后学习辅导。
五、课程评价1.课堂测验:检验学生对课堂知识的掌握程度。
2.课后作业:检验学生对课后知识的理解和运用能力。
3.期末考试:全面评估学生的理论知识和应用能力。
4.课程报告:评估学生的实践能力和学术报告水平。
六、预期成果1.学生掌握常微分方程的基本理论和方法。
2.学生具备解决实际问题的能力,培养创新意识。
数学建模思想在常微分方程课程教学中的应用
= 采 用计 算机 辅 助教 学 计 算机辅 助 教学 是一 种很好 的教 学方 法, 在 国外 教学 中非 常流行 .把
多媒 体 引入到 微分 方程 的 日常课 堂教 学中 , 多媒体 课件 图文 并茂 , 突破 黑 板二 维 空 间的 局 限性, 充分 调 动学 生 的学 习欲 望 , 以校 园网 为平 台 ,建立 网络 教 学 ,学 习跟踪 , 在 线答 疑, 在线 交流 , 突破 时 间和 空间 的界 限, 实 现最 大程 度 的资源 共享 . 结合微 分方 程的 理论 知识 ,运 用 M p e M t a 、 a l 、 a lb M te a ia 等 软件来 求解 实 际问题 , 为培养 学生 应用 数学 的思 想方法 和 ah m tc 计算 机 科学技 术 解决 实践 问题打 基础 三 、注t 对学 生学 法 的指导 用数 学建模 思 想方 法来 指导 学生 学习 常微 分方程 , 会收 到 事半功 倍的 学 习效 果 ,如 指 导学 生 采用 徐 利治 教授 倡 导 的 “ 关系 映射 反 演 ” 组)问 ( 题 时, 按如 下 R I 理 的图示 进行 思考 。 M 原 四 .总结 综上 所述 , 改变传 统 的照本 宣科 的教 学方式 , 教 学过 程 中引入 数学 建模 的 思 在 想和实 例 , 丰富 教学 内容 , 发学 生 的学 激 习兴 趣 。在 教 学 中 贯 穿数 学 建模 思 想 , 等 于教给 学 生一 种 好的 思想 方法 , 足给 学 更 生一把 开启 成功大 门的钥匙, 为学 生架起 了 座 从数 学知 识到 实 际 问题 的桥 梁 , 学生 能灵 活地 根据 实 际 问题 构建 出 使 合理 的 数学 模 型 , 得心 应手 地解 决 问题 。 参考文献 : [ ] 高 雄等 . 微分 方程 [ ] 北京 : 等教 育 出版社 , 0 6 1王 常 M. 高 20. [] 2 姜启 源 ,谢金 星 , 叶俊 . 学模 型 [ ] 北 京 : 等 教育 出版社 , 数 M . 高
(完整版)常微分方程在数学建模中的应用.
微分方程应用1 引言常微分方程的形成与发展和很多学科有着密切的联系,例如力学、天文学、物理学等.数学的其他分支的快速发展,产生出很多新兴学科,这些新兴学科的产生都对常微分方程的发展有着深刻的影响,而且当前计算机的快速发展更是为常微分方程的应用及理论研究提供了非常有力的工具.数学解决实际问题就必须建立模型,而数学建模就是把数学语言描述实际现象的过程.利用数学去解决各类实际问题时,建立数学模型是十分重要的一步,但是也是最困难的一步.建立数学模型的过程,是把错综复杂的实际问题简化、抽象为合理的数学结构的过程.要通过大量调查、收集相关数据资料,观察和研究实际对象的固有特征和内在规律,抓住问题的主要矛盾,建立起反映实际问题的数量关系,然后利用数学的理论和方法去分析和解决问题.因此本文先简要介绍了如何建立微分方程模型,并通过具体的实例来简单地介绍了微分方程在数学建模中的应用.2 数学模型简介通常我们把现实问题的一个模拟称为模型.如交通图、地质图、航空模型和建筑模型等.利用字母、数学及其它数学符号建立起来的等式或不等式以及图表、图象、框图等来模拟现实的模型称为数学模型.数学模型在实际生活中经常碰到,如求不规则图形的面积,可建立定积分的数学模型,求变化率的问题可建立导数模型,统计学中抽样调查,买彩票中奖的概率问题等等.学会建立数学模型对解决实际生活问题会有很大的帮助.建立数学模型是沟通摆在面前的实际问题与数学工具之间联系的一座必不可少的桥梁.随着科学技术的进步,特别是电子计算机技术的迅速发展,数学已经渗透到从自然科学技术到工农业生产建设,从经济生活到社会生活的各个领域.一般地说,当实际问题需要我们对所研究的现实对象提供分析、预报、决策、控制等方面的定量结果时,往往都离不开数学的应用,而建立数学模型则是这个过程的关键环节.3 常微分方程模型3.1 常微分方程的简介微分方程的发展有着渊远的历史.微分方程和微积分产生于同一时代,如苏格兰数学家耐普尔创立对数的时候,就讨论过微分方程的近似解.牛顿在建立微积分的同时就对简单的微分方程用级数来求解.后来,瑞士数学家雅各布·贝努、欧拉、法国数学家克雷洛、达朗贝尔、拉格朗日等人又不断地研究和丰富了微分方程理论.纵观微分方程的发展史,我们发现微分方程与物理、天文学以及日异月新的科学技术有着密切的联系.如牛顿研究天体力学和机械力学的时候,就利用了微分方程这个工具,从理论上得到了行星运动的规律.后来,法国天文学家勒维烈和英国天文学家亚当斯使用微分方程各自计算出那时尚未发现的海王星的位置.而这些都证明微分方程在改造自然和认识自然方面有着巨大的力量.微分方程是自变量、未知函数及函数的导数(或微分)组成的关系式.在解决实际问题的过程中,我们又得出了常微分方程的概念:如果在一个微分方程中出现的未知函数中只含有一个自变量,那么这个方程则称为常微分方程,也可以简单的叫做微分方程.在反映客观现实世界运动过程的量与量之间的关系中,大量存在满足微分方程关系似的数学模型,需要我们通过求解常微分方程来了解未知函数的性质.常微分方程是解决实际问题的重要工具.3.2 常微分方程模型示例数学模型按照建立模型的数学方法可以分为初等数学模型、几何模型、微分方程模型、图论模型、马氏链模型和规划论模型等.当我们描述实际对象的某些特性随时间(或空间)而演变的过程,分析它的变化规律,预测他的未来性态时,通常要建立对象的动态模型,即微分方程模型.建立微分方程模型就是把物理、化学、生物科学、工程科学和社会科学中的规律和原理用含有待定函数的导数或微分的数学关系式表示出来.下面我们由浅入深地介绍一些微分方程模型.例1 细菌的增长率与总数成正比.如果培养的细菌总数在24h内由100增长为400,那么,前12h后总数是多少?解:第一句话说的是在任何瞬间都成立的事实;第二句话给出的是特定瞬间的信息.如果我们用)y表示总数,第一句话告诉我们(tky dtdy = 它的通解为kt y Ae =A 和k 这两个常数可以由问题中第二句话提供的信息计算出来,即,100)0(=y (3.1) 和 ,400)24(=y (3.2) 其中t 的单位为小时.(3.1)意味着.100)0(0===A Ae y(3.2)意味着.400100)24(24==k e y它给出 .24)4(ln =k 故 .100)(244ln t e t y =要我们求的是200100)12(4ln )2412(==e y 个细菌.例 2 将室内一支读数为 60的温度计放到室外.10min 后,温度计的读数为 70;又过了10min ,读数为 76.先不用计算,推测一下室外的温度.然后利用牛顿的冷却定律计算出正确的答案.牛顿的冷却定律或称加热定律是:将温度为T 的物体放进处于常温m 的介质中时,T 的变化速率正比于T 与周围介质的温度差.在这个数学模型中,假定介质足够大,从而,当放入一个较热或较冷的物体时,m 基本上不受影响.实验证明,这是一个相当好的近似.解 显然,对于这个题首先要做的是了解牛顿定律的含义,这已经做过了。
常微分方程在数学建模中的应用
常微分方程在数学建模中的应用首先是物理方面。
在物理学中,常微分方程广泛应用于描述运动、波动、电磁学、量子力学等问题。
例如,牛顿第二定律可以用常微分方程的形式表示为:\[m \frac{{d^2x}}{{dt^2}} = F(x,t)\]其中m为质量,x为位置,t为时间,F(x,t)为力。
这个方程可以用来描述物体的运动。
另一个例子是振动方程,可以通过常微分方程来描述弹簧振子、简谐振动等。
生物方面是另一个常见的应用领域。
生物学中经常需要对生物体的增长、衰退、群体动态等问题进行建模。
而常微分方程可以很好地描述这些问题。
例如,布鲁塞尔方程是描述细菌群体增长的常微分方程模型。
该模型使用了增长速率与细菌种群密度之间的关系。
通过求解布鲁塞尔方程,我们可以预测细菌的增长趋势,并为控制细菌的增长提供依据。
此外,常微分方程还可以在生物学中应用于描述神经网络、生物化学反应等。
经济方面也是常微分方程的应用领域之一、经济学中的一些重要问题,如经济增长、通货膨胀、利率变动等,都可以通过常微分方程进行建模和分析。
例如,Solow增长模型是描述经济增长的常微分方程模型。
该模型考虑了资本积累和技术进步对经济增长的影响。
通过求解Solow增长模型,我们可以分析经济增长的稳定状态、长期趋势和影响经济增长的因素。
除了物理、生物和经济学,常微分方程还可以在其他领域中应用。
例如,环境科学中可以通过常微分方程描述污染物的传输和扩散过程;工程学中可以应用常微分方程来描述振动、控制系统等问题。
此外,计算机科学中的数值方法也广泛应用于求解常微分方程的数值解。
总而言之,常微分方程在数学建模中的应用非常广泛,涵盖了物理、生物、经济等多个领域。
通过对常微分方程的求解和分析,我们可以获得有关问题的定量结论,并为问题的解决和决策提供支持。
在常微分方程教学中渗透数学建模思想
[ 关键词 ] 常微 分方程 ; ; 渗透 数学建模 ; 能力 四种
[ 中图分类号 ] G 4 .2 6 24 1 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 17 9 2 (0 8 Z0 0 2 0 6 2— 0 1 20 ) J2— 19— 3
[ 作者简介 ] 王五生( 90一) 男 , 16 , 山西沁县人 , 士, 博 河池 学院数学 系教授 , 主要研 究方 向为数学建模 、 微分
维普资讯
第2 8卷增 刊 第 2期
20 0 8年 8月
河池 学 院学报
J OURN AL OF HEC NI R I Y HIU VE S T
V 1 8S p l nayIseN . 0. u pe tr su o2 2 me Au 20 8 g. 0
可以培养 了大学生 的实践能力 、 创造能力 、 就业能力 和创业能力 ( 简称“ 四种能力 ” 。 )
透数学建模 思想 的意义
大部分学生要学习微分方程这门课程 , 只是很 多学 生不知道学 这门课程 有什么用途 , 缺乏 学习的动力 和兴趣 , 最后 逐渐
在 常微 分 方 程教 学 中渗 透数 学 建模 思 想
王 五 生 ,欧 阳云
( 池学院 河 数 学 系 ,广 西 宜州 5 60 ) 4 3 0
[ 摘
要] 阐述在常微分方程教 学中渗透数 学建模 的思想重要 性和可行性 , 出 常微 分方程教学 中渗透数 提 在
学建模思想的途径和方 法。
认为数学是一 门非常枯燥的学科 。这就启发我们可以将常微 分方程 的教 学与数学建 模结合起 来 , 常微 分方程教学 中渗透 在
建模思想 。这样可 以使学生了解 常微分方程建立的背景 、 方法 和实际意义 , 不但 能够 激发学生 学习常微分方 程的兴趣 , 使学
《常微分方程》国家级一流本科课程
常微分方程(Ordinary Differential Equations, ODE)是数学中的一个重要分支,主要研究函数的导数与自变量的关系。
它广泛应用于物理、工程、生物学、经济学等领域,在现代科学和技术的发展中起着举足轻重的作用。
常微分方程课程作为国家级一流本科课程,不仅具有重要的理论意义,更是对学生培养适应未来科学技术发展需要的基本素质及能力的重要载体。
下面将围绕常微分方程的相关主题进行深入探讨。
一、常微分方程概述常微分方程是指未知函数的若干阶导数与自变量的关系式,通常表示为$$F(x,y,y',y'',...,y^{(n)})=0$$其中$y$是未知函数,$y'$是$y$对$x$的一阶导数,$y''$是$y$对$x$的二阶导数,$y^{(n)}$是$y$对$x$的$n$阶导数。
通过求解常微分方程,我们可以得到函数$y$的具体形式,这对于研究自然界的现象以及工程技术中的问题具有重要的意义。
二、基本概念1. 常微分方程的阶数:常微分方程中导数的最高阶数称为方程的阶数。
$y''+3y'+2y=0$是一个二阶常微分方程。
2. 解的存在唯一性:对于一阶线性常微分方程$y'+p(x)y=q(x)$,如果$p(x)$和$q(x)$在某个区间上连续,则存在且只存在一条通过点$(x_0,y_0)$的积分曲线。
3. 隐函数与显函数:当一个方程中含有若干个未知函数的导数时,这种方程称为含有隐函数的方程。
如果这个方程可以表示为每一个未知函数关于独立变量的函数形式,那么这种方程称为含有显函数的方程。
三、基本理论1. 解的存在与唯一性定理:对于线性常系数常微分方程以及一阶常微分方程的初值问题,存在唯一解。
2. 解的表示定理:对于一阶线性常微分方程$y'+p(x)y=q(x)$,我们可以通过积分因子法求得其解的表示形式。
3. 非线性常微分方程:对于一些特殊的非线性常微分方程,我们可以通过变量变换、分离变量等方法求得精确解或者近似解。
常微分方程课程设计
常微分方程 课程设计一、课程目标知识目标:1. 让学生掌握常微分方程的基本概念、分类和性质,理解微分方程在数学建模和科学研究中的重要性。
2. 使学生掌握一阶微分方程的解法,包括可分离变量方程、齐次方程、一阶线性方程以及伯努利方程等。
3. 帮助学生理解高阶微分方程的求解方法,包括常数变易法和待定系数法。
技能目标:1. 培养学生运用数学软件(如MATLAB、Mathematica等)解决常微分方程问题的能力。
2. 培养学生分析实际问题时,能够建立数学模型,转化为微分方程,并求解的能力。
3. 提高学生通过合作学习、讨论交流等方式,解决复杂微分方程问题的能力。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对常微分方程的兴趣和热情,激发学生探索数学奥秘的精神。
2. 培养学生严谨的科学态度,养成独立思考、分析问题和解决问题的习惯。
3. 增强学生的团队协作意识,学会尊重他人,提高沟通表达能力。
本课程针对高年级学生,课程性质为专业基础课。
在分析课程性质、学生特点和教学要求的基础上,将课程目标分解为具体的学习成果,以便后续的教学设计和评估。
通过本课程的学习,使学生不仅掌握常微分方程的基本知识,还能将其应用于实际问题中,提高学生的综合素质和能力。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下几部分:1. 常微分方程的基本概念与性质:介绍微分方程的定义、阶数、线性与非线性微分方程,分析微分方程的解及其存在唯一性定理。
2. 一阶微分方程的解法:涵盖可分离变量方程、齐次方程、一阶线性方程、伯努利方程等,通过实例解析各类方程的求解方法。
3. 高阶微分方程的求解:介绍常数变易法、待定系数法等求解方法,并对具体方程进行分析。
4. 微分方程组:讲解微分方程组的求解方法,包括解的存在唯一性定理、线性微分方程组的解法等。
5. 微分方程应用:结合实际案例,教授如何将微分方程应用于物理、生物、经济等领域。
教学内容安排如下:第1周:常微分方程基本概念与性质;第2周:一阶微分方程解法(可分离变量、齐次方程);第3周:一阶微分方程解法(一阶线性方程、伯努利方程);第4周:高阶微分方程求解方法(常数变易法、待定系数法);第5周:微分方程组及其解法;第6周:微分方程在实际问题中的应用。
常微分方程在数学建模中的应用(免费版)
常微分方程在数学建模中的应用这里介绍几个典型的用微分方程建立数学模型的例子. 一、人口预测模型由于资源的有限性,当今世界各国都注意有计划地控制人口的增长,为了得到人口预测模型,必须首先搞清影响人口增长的因素,而影响人口增长的因素很多,如人口的自然出生率、人口的自然死亡率、人口的迁移、自然灾害、战争等诸多因素,如果一开始就把所有因素都考虑进去,则无从下手.因此,先把问题简化,建立比较粗糙的模型,再逐步修改,得到较完善的模型.例1( 马尔萨斯 (Malthus ) 模型) 英国人口统计学家马尔萨斯(1766—1834)在担任牧师期间,查看了教堂100多年人口出生统计资料,发现人口出生率是一个常数,于1789年在《人口原理》一书中提出了闻名于世的马尔萨斯人口模型,他的基本假设是:在人口自然增长过程中,净相对增长(出生率与死亡率之差)是常数,即单位时间内人口的增长量与人口成正比,比例系数设为r ,在此假设下,推导并求解人口随时间变化的数学模型.解 设时刻t 的人口为)(t N ,把)(t N 当作连续、可微函数处理(因人口总数很大,可近似地这样处理,此乃离散变量连续化处理),据马尔萨斯的假设,在t 到t t ∆+时间段内,人口的增长量为t t rN t N t t N ∆=-∆+)()()(,并设0t t =时刻的人口为0N ,于是|⎪⎩⎪⎨⎧==.,00)(d d N t N rN t N这就是马尔萨斯人口模型,用分离变量法易求出其解为)(00e )(t t r N t N -=,此式表明人口以指数规律随时间无限增长.模型检验:据估计1961年地球上的人口总数为91006.3⨯,而在以后7年中,人口总数以每年2%的速度增长,这样19610=t ,901006.3⨯=N ,02.0=r ,于是)1961(02.09e1006.3)(-⨯=t t N .这个公式非常准确地反映了在1700—1961年间世界人口总数.因为,这期间地球上的人口大约每35年翻一番,而上式断定年增加一倍(请读者证明这一点).但是,后来人们以美国人口为例,用马尔萨斯模型计算结果与人口资料比较,却发现有很大的差异,尤其是在用此模型预测较遥远的未来地球人口总数时,发现更令人不可思议的问题,如按此模型计算,到2670年,地球上将有36 000亿人口.如果地球表面全是陆地(事实上,地球表面还有80%被水覆盖),我们也只得互相踩着肩膀站成两层了,这是非常荒谬的,因此,这一模型应该修改.;例2(逻辑Logistic 模型) 马尔萨斯模型为什么不能预测未来的人口呢这主要是地球上的各种资源只能供一定数量的人生活,随着人口的增加,自然资源环境条件等因素对人口增长的限制作用越来越显著,如果当人口较少时,人口的自然增长率可以看作常数的话,那么当人口增加到一定数量以后,这个增长率就要随人口的增加而减小.因此,应对马尔萨斯模型中关于净增长率为常数的假设进行修改.1838年,荷兰生物数学家韦尔侯斯特(Verhulst)引入常数m N ,用来表示自然环境条件所能容许的最大人口数(一般说来,一个国家工业化程度越高,它的生活空间就越大,食物就越多,从而m N 就越大),并假设将增长率等于⎪⎪⎭⎫⎝⎛-m N t N r )(1,即净增长率随着)(t N 的增加而减小,当m N t N →)(时,净增长率趋于零,按此假定建立人口预测模型.解 由韦尔侯斯特假定,马尔萨斯模型应改为⎪⎩⎪⎨⎧=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=,,000)(1d d N t N N N N r t N 上式就是逻辑模型,该方程可分离变量,其解为,)(00e 11)(t t r m mN N N t N --⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=.下面,我们对模型作一简要分析.(1)当∞→t ,m N t N →)(,即无论人口的初值如何,人口总数趋向于极限值m N ;@(2)当m N N <<0时,01d d >⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=N N N r t N m ,这说明)(t N 是时间t 的单调递增函数;(3)由于N N N N N r t N m m ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=211d d 222,所以当2m N N <时,0d d 22>t N ,t N d d 单增;当2m N N >时,0d d 22<tN ,t N d d 单减,即人口增长率t Nd d 由增变减,在2m N 处最大,也就是说在人口总数达到极限值一半以前是加速生长期,过这一点后,生长的速率逐渐变小,并且迟早会达到零,这是减速生长期;(4)用该模型检验美国从1790年到1950年的人口,发现模型计算的结果与实际人口在1930年以前都非常吻合,自从1930年以后,误差愈来愈大,一个明显的原因是在20世纪60年代美国的实际人口数已经突破了20世纪初所设的极限人口.由此可见该模型的缺点之一是m N 不易确定,事实上,随着一个国家经济的腾飞,它所拥有的食物就越丰富, m N 的值也就越大;(5)用逻辑模型来预测世界未来人口总数.某生物学家估计,029.0=r ,又当人口总数为91006.3⨯时,人口每年以2%的速率增长,由逻辑模型得⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=m N N r t N N 1d d 1, 即 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-=m N 91006.31029.002.0, 从而得 91086.9⨯=m N ,即世界人口总数极限值近100亿. )值得说明的是:人也是一种生物,因此,上面关于人口模型的讨论,原则上也可以用于在自然环境下单一物种生存着的其他生物,如森林中的树木、池塘中的鱼等,逻辑模型有着广泛的应用.二、市场价格模型对于纯粹的市场经济来说,商品市场价格取决于市场供需之间的关系,市场价格能促使商品的供给与需求相等(这样的价格称为(静态)均衡价格).也就是说,如果不考虑商品价格形成的动态过程,那么商品的市场价格应能保证市场的供需平衡,但是,实际的市场价格不会恰好等于均衡价格,而且价格也不会是静态的,应是随时间不断变化的动态过程.例3 试建立描述市场价格形成的动态过程的数学模型解 假设在某一时刻t ,商品的价格为)(t p ,它与该商品的均衡价格间有差别,此时,存在供需差,此供需差促使价格变动.对新的价格,又有新的供需差,如此不断调节,就构成市场价格形成的动态过程,假设价格)(t p 的变化率tpd d 与需求和供给之差成正比,并记),(r p f 为需求函数,)(p g 为供给函数(r 为参数),于是()()[]⎪⎩⎪⎨⎧=-=,,0)0(,d d p p p g r p f tpα 其中0p 为商品在0=t 时刻的价格,α为正常数.若设b ap r p f +-=),(,d cp p g +=)(,则上式变为—⎪⎩⎪⎨⎧=-++-=,,0)0()()(d d p p d b p c a t pαα ① 其中d c b a ,,,均为正常数,其解为ca db c a d b p t p t c a +-+⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=+-)(0e)(α. 下面对所得结果进行讨论:(1)设p 为静态均衡价格 ,则其应满足0)(),(=-p g r p f ,即d p c b p a +=+-,于是得ca db p +-=,从而价格函数)(t p 可写为 。
课程思政教学设计-《常微分方程》
课程思政教学设计-《常微分方程》一、引言本文档是针对《常微分方程》课程的思政教学设计,旨在通过课程教学,培养学生的思想道德素质和创新能力,促进他们全面发展。
二、教学目标1. 使学生掌握《常微分方程》的基本概念、解法和应用;2. 培养学生对数学科学的兴趣和思辨能力;3. 引导学生关注社会热点问题,加强学生的社会责任感和社会意识。
三、教学内容及方法1. 基础内容- 常微分方程的定义和分类;- 常微分方程的解法和解的存在唯一性定理;- 常微分方程在物理、经济等领域的应用。
2. 教学方法- 理论授课:通过讲解和示范演示,向学生介绍常微分方程的基本概念和解法;- 实例分析:选取具体的实例,引导学生运用已学知识解决实际问题;- 讨论与交流: 设计小组讨论和整体交流环节,激发学生对数学科学的兴趣和创新能力。
四、教学评价1. 评价方式- 平时作业:布置相关题,检验学生对概念和解法的掌握程度;- 课堂表现:关注学生的参与情况、思维活跃程度和对问题的分析能力;- 期末考试:考察学生对应用题的解答能力和综合应用能力。
2. 评价标准- 结果准确性:学生的解答是否准确无误;- 方法合理性:学生的解题过程是否清晰合理;- 思维独立性:学生是否具备独立思考和创新解题的能力。
五、教学反思与改进本课程虽然在培养学生的数学思维和解题能力方面取得了较好的效果,但仍存在一些不足之处。
今后的教学中,可进一步加强理论与实践的结合,提供更多的应用案例,激发学生的研究热情和创新思维。
同时,注重培养学生的团队合作能力,加强小组讨论和合作实践的环节,以提升教学效果。
数学建模融入常微分方程教学的研究
讨论 和辩 论 , 养学 生主动探索 、 力进 取的学 风 , 培 努 培养学
生从事科研工作 的初步 能力 , 培养学生 团结 协作的精神 、 形
成一个生动活泼的环境和气氛 ,教学 过程的重点是创造一
传 统内容与现代 内容的关 系 , 即在讲 解经典 内容 的同时 , 注 意渗透现代数学的观点 、 概念 和方法 , 为现代 数学适 当地提 供 内容展示 的窗 E和延伸发展 的接 口,提 高学生获取现代 1
知识的能力 。要努力突破原有课程体 系的界限, 促进相关课
程 和相关 内容 的有机结合 和相互 渗透 ,促进不 同学科 内容 的融合 , 加强对学生应用能力的培养 , 淡化复杂 的数学运算
个 环 境 去 诱 导 学 生 的 学 习 欲 望 、培 养 他 们 的 自学 能 力 , 增
强他 们的数学素 质和创新 能力 ,提 高他们 的数学素 质 , 强
调 的是获取新知识的能 力 , 是解决 问题 的过程 , 而不是知识
与结 果 。
习的难度 ,从而不可避免地使一部分学 生对 数学课程产生
分析 和解决 问题 的全过程 ,提高他们分析 问题 和解 决问题
的能力 ;提 高他们学 习数学 的兴趣和应用数学 的意识与能
力 , 他们在 以后的工作 中能经常 性地用数学去解决 问题 , 使
提高 他们尽 量利 用计算 机软 件及 当代 高新 科技 成果 的意 识, 能将数学 、 计算机有机结合起来 去解 决实际问题 。数学 建模 以学生为主 , 师利用一些 事先设计好 问题启发 , 教 引导
性 的数学建模竞赛 。将数 学建模 教学和竞赛作 为高等 院校
数学建模思想在常微分方程教学中的探讨
( C o l l e g e o f S c i e n c e ,C h i n a U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m。Q i n g d a o ,S h a n d o n g 2 6 6 5 8 0 )
Ke y wo r d s : Or d i n a r y d i f f e r e n t i a l e q u a t i o n ma t h e ma t i c a l mo d e l i n g t e a c hi n g
它 例子。 一方面, 引导 学生如何分析实 际问题 , 进 《 常微分 方程》 是 大学 数学专业 《 数学分 数学建 模本 身就是一 个创造性 的思维过 程, 析 》和 《 高 等 代 数 的后 续 课 程 , 又是 《 数学 是分 析 问题、 解 决 问题 的思 维过 程 , 数学建 模 而 得到 模型 ; 另一方面 , 讲解 如何运 用所 学数 得 到模 型结果 , 进而解 释原 建 模 、 偏微 分方程 》 和《 数 值计算 》 的先 修 的 内容来 自 于实际、 方法结合于实际、 结果应 用 学 知识 分析模型 , 课程, 是 进一 步学 习 《 泛 函分析 》 、 《 拓 扑学 》 于实际 。 针对某—具体问题 , 根据建模目 的和信 实 际问题 。 ( 2 ) 将数 学实验 课融 入常微分 方程 和 动力系统 》 等课程 的前 奏。 因此 , 常微分方 息将实 际问题 “ 翻 译” 成 数学问题, 然后选准切 教 学中, 主要学习Ma t l a b 、 Ma p l e 软件。 一方面
程 在数学 学科 中起 着承前启后的 重要作用。 然 人点, 往往用微 分方程反映事 物随时 间发展的变 让学 生直观 的通过 软件练习所学知识 , 比如求 而, 长期以来 , 常微分方程仅仅成了为基础而 打 化规律这一动态过程 , 体现数学建模的思想 。 解 一阶 微分方程 ; 另一方面鼓励和 指导学生 编 基础 的单一课 程 , 目 前 我 国常微 分方程 的教学 有关常 微 分方程模 型的分析 , 有比较 系统 的理 程 , 仿 真微分方程 中的实际 问题 , 有利 于计算
常微分方程教学中数学建模思想的渗透
( 如 人 口增 长模 型 , 传 染病 S I S模 型 , 一般战争模型 , 捕食 一被 捕 食 模 型 等 ) 和 生 动 有 趣 的 现 实 热 点 问 题_ 4 ( 如 为什 么旗杆 是空 心 , 预测 一 个 彗星 何 时通 过
近 日点 , 核废 料 的处理 问题 ) .
一
但可 以使 学生 了解 常 微 分方 程 的背 景 、 方法 和意 义 ,
而且 还能 提 高 学 生 将 常 微 分 方 程 、 计 算 机 等 方 面 的 知识 应用 于 实 践 的 能 力 ,程 作 为高 等 师 范 院校 数 学 与应 用 数 学
决 实 际问题 的能 力.
专业的主干基础课之一 , 是数学分析 和高等 代数的 后 继课 程 , 微 分 方 程 的 建 立 过 程 本 身 就 是 一 个 数 学
建 模 的过程 . 但 传 统 的“ 定 义一 定 理一 方 法一技 巧一 例题” 的教 学模 式 已不适 应 现代 社 会 的发展 需 要 , 也 使得 学 生 在 学 习 常 微 分 方 程 课 程 时 只 知 道 怎 么 解 题, 却不 知道 有什 么用 途 , 在需 要 将 理论 知 识 运 用 于 解决 实 际 问题 时常 常感 到 很 吃力 , 甚 至无 从下 手 , 从 而 对该 课程 缺乏 学 习 的动 力 和兴 趣 . 因此 , 如 何 在 教
2 . 将建 模 思想 融入课 后作 业 中
课 后作 业 是 进 一 步 理 解 、 消 化 和 巩 固课 堂 教 学
[ 基金项 目] 江苏 教育 学院“ 十二 五” 规划课 题 ( 项 目编号 : J s i e 2 0 1 2 y b 0 2 ) .
[ 收稿 日期 ]2 0 1 3— 0 5— 0 8
数学建模思想融入常微分方程课程教学研究
( 合肥师范学 院 数 学系 , 安徽 合肥 2 3 0 0 6 1 )
[ 摘
要] 文 中结合教 学 实践 , 论述 了将数 学建模 思想融入常微分方程教 学的意 义及具体措施 。 [ 文献标识码]B [ 文章编 号] 1 6 7 4 — 2 2 7 3 ( 2 0 1 3 ) 0 3 一 O 0 5 5 — 0 2
样性的基础之上 , 可有意识 的选取合适的实例, 通过 “ 实际问题 一 一 数 学 模 型— — 模 型 求 解— —结 果 分 析一 问题解 释 ” 的思 路开 展实 践性 教学 , 提 高学 生
“ 目 标” 的方法和途径 , 以构成达标方案集 , 并且不断 充实和丰富这些方案集。将数学建模 的思想融入到 常微 分方程 教学 , 就 是 要 将 建模 的思 想 融 入 到不 同 的主题 中, 以学生应用能力提高为 目标 , 围绕知识 、 理 论 达标 的 目的设置 问题 、 解决 问题 。 2 . 2 加 强案例 式教 学方 法 的应用 案 例式 教学 可 以促 进 隐性知 识 与显性 知识 的不 断转化 , 通过 具 体 的情 境 , 将 隐 性 的知 识 外 显 , 或 将 显 性 的知识 内化 。在《 常微 分方 程 》 课 程 中利用 案例 教 学配 合理论 知识 学 习 , 既可 以培养学 生应 用能 力 , 又 可 以提高学 生 的学 习积极 性 。
[ 收稿 日期]2 O 1 3 —0 2 —1 0 [ 基金项 目]安徽省高等学校 省级教学研究项 目( 2 0 1 2 j y x m4 2 6 , 2 0 1 0 0 8 4 7 ) [ 作者简介]杨刘 ( 1 9 8 1 ~) , 安徽合肥人 , 合肥师范学 院数学系副教授 , 研究方向 : 微分方程 的边值 问题 。 5 5
常微分方程在数学建模中的应用
常微分方程在数学建模中的应用常微分方程是数学中的一个重要分支,它研究描述自然现象中连续变化的函数的微分方程。
在数学建模中,常微分方程是一种常用的工具,用于描述和解释各种自然和社会现象。
本文将探讨常微分方程在数学建模中的应用,并详细介绍其中的一些具体案例。
首先,常微分方程在经济学建模中发挥着重要作用。
经济学中,人们经常使用常微分方程来描述经济系统中的变化。
例如,经济增长模型可以使用一阶线性常微分方程来描述。
这个方程中的未知函数是时间的函数,表示经济变量(如国内生产总值)的增长率。
通过求解这个方程,可以推导出经济增长模型中的稳定点、周期性和渐近行为等信息,从而对经济现象进行预测和分析。
其次,常微分方程在物理学建模中也有广泛的应用。
物理学中的许多自然现象可以用微分方程来描述,例如运动学、力学、光学等。
例如,一个简单的自由落体模型可以用一阶非线性微分方程来描述。
这个方程中的未知函数是时间的函数,表示物体的高度随时间的变化。
通过求解这个方程,可以推导出物体的运动轨迹、终止位置和速度等信息,从而对物理现象进行分析和预测。
此外,常微分方程在生物学建模中也有重要的应用。
生物学中的许多现象和过程可以用微分方程来描述,例如生物种群的增长、化学反应速率的变化等。
例如,一个简单的生物种群模型可以用一阶线性微分方程来描述。
这个方程中的未知函数是时间的函数,表示种群数量随时间的变化。
通过求解这个方程,可以推导出种群的稳定点、消亡速度和周期性等信息,从而对生物现象进行研究和分析。
最后,常微分方程还在工程学建模中广泛应用。
工程学中的许多问题,如电路、动力学系统、流体力学等,都可以用微分方程来描述。
例如,一个简单的电路模型可以用一阶非线性微分方程来描述。
这个方程中的未知函数是时间的函数,表示电流随时间的变化。
通过求解这个方程,可以推导出电流的稳定值、频率响应和幅频特性等信息,从而对电路的性能进行分析和优化。
综上所述,常微分方程在数学建模中具有重要的应用。
《常微分方程》课程教学标准
《常微分方程》课程教学标准第一部分:课程性质、课程目标与要求《常微分方程》课程,是我院数学与应用数学、信息与计算科学本科专业的必修课程,是系统地培养数学及其应用人才的重要的基础课程之一。
本课程的口的是利用微积分的思想,结合线性代数,解析儿何和普通物理学的知识,来解决数学理论本身和其它学科中出现的若干最重要也是最基本的微分方程问题,使学生学会和掌握常微分方程的基础理论和方法,为他们学习其它数学理论,如数理方程、微分儿何、泛函分析等后续课程打下基础;同时,通过这门课本身的学习和训练,使学生们学习数学建模的一些基本方法,初步了解当今自然科学和社会科学中的一些非线性问题,为将来从事相关领域的科学研究和教学工作培养兴趣, 做好准备。
教学时间应安排在第四学期或第三学期。
这时,学生已学完线性代数,基本学完数学分析和普通物理中的力学部分,这是学习《常微分方程》课程必要的基础知识。
同时,建议在条件允许的情况下,介绍利用常用的数学软件解决微分方程问题的基本方法和技能,使学生初步体会计算机在解决数学及其应用问题的重要作用,增强使用数学方法和计算机解决问题的意识和能力。
第二部分:教材与学习参考书本课程拟采用山中山大学王高雄周之铭朱思铭王寿松等人编写的、高等教育出版社1993年岀版的《常微分方程》笫二版一书,作为本课程的主教材。
为了更好地理解和学习课程内容,建议学习者可以进一步阅读以下儿本重要的参考书:1、常微分方程讲义,王柔怀、伍卓群,高等教育出版社,19632、常微分方程讲义(第二版),叶彦谦,人民教育出版社,19823、常微分方程讲义,周钦德、李勇,吉林大学出版社,1995第三部分:教学内容纲要和课时安排第一章绪论主要介绍如何根据科学定律和原理,并利用微积分的思想,解决实际问题所导岀的若干常微分方程实例,如物体冷却过程、R-L-C电路、单摆等问题微分方程模型的建立。
同时介绍常微分方程的若干最基本的概念。
通过这一章的学习,学习者要理解常微分方程的若干基本概念,特别要对“积分曲线”、“等斜线”、“方向场”等与儿何意义有关的概念的理解,为进一步学习后续内容打好基础;初步掌握建立常微分方程模型的一般方法。
如何在微积分教学中加强数学建模思想
如何在微积分教学中加强数学建模思想摘要:在课堂教学当中引进数学小模型,不但有助于提高数学课堂的趣味性和生动性,而且有利于培养学生对数学重要性的直观认识,真正从认识当中对其引起足够的重视,从而为数学教学教学的开展奠定基础。
关键词:微积分教学,数学教学,建模思想1、引言数学是大部分院校的一门必修课,尤其是数学当中的微积分这一分支,更是必不可少,绝大多数专业都要学习。
但长期以来,数学所留给人们的印象始终是“枯燥”、“无趣”的,经常会使一些学生对其望而却步,更不要是对其充满探索的兴趣了。
但实际上,数学的思维方式是极为活跃的,需要保持高度集中的注意力以及思维的跳跃性和连贯性,一旦涉及其中,就会感受到数学本身所具有的意想不到的活力。
这样,对于数学教师而言,摆在面前的一项十分关键性的工作就是如何激发学生们对数学的兴趣以及积极深入探索的欲望,从而有机会感受到数学所独有的魅力,笔者结合多年来在数学教学实践中所总结出的经验体会,主张可以借用数学小模型的教学手段,致力于学生数学思想的培养、思维方式的引导以及具体知识的实际应用能力的训练,营造出一个崭新的数学教学环境和学习氛围,以充分激发学生的求知欲和好奇心,引导学生对微积分课程教育动态进行深入探讨。
当前,数学模型这一数学课程就倍受教育界推崇。
数学理论知识与现实问题的解决之间是通过数学建模这一纽带相连的,所谓数学建模,就是采取包括数学符号、公式、计算方法以及相关程序等数学语言对现实生活中的实际问题中的数量关系进行重新描述。
数学建模受到社会各界的广泛关注,一方面,数学建模以学生对理论知识的应用及驾驭能力为重点,通过对学生的数学基础、应用能力和创新思维等方面的考察,有助于其树立数学重要性的正确认识,体会到数学独特魅力;另一方面,数学建模还有助于培养学生应用相关知识解决实际问题的能力、借助计算机求解数学模型的能力,同时,学生搜集资料,撰写论文的能力也会相应提高。
数学的出发点是解决实际问题,所以,在课堂教学中,可以试着适当的省略一些繁琐的证明过程,筛选适宜的数学模型进行案例教学。
常微分方程教案设计
常微分方程教案设计。
对于大多数学生来说,学习常微分方程是一项具有挑战性的任务,而教师的教学能力和教案设计对于学生的学习效果有着至关重要的影响。
在本文中,我们将讨论常微分方程教案设计的重要性以及如何构建一个富有创意和实用性的教学计划。
我们需要明确一个真理,那就是好的教学计划是成功的关键。
常微分方程是一门基础性课程,因此,好的教学计划不仅要包括课程的核心内容,还要把握学生的基础知识。
教师应当精心设计课程大纲、课堂讲义以及配套的练习题,以便于学生们深入理解和掌握所授知识。
在设计教学计划的过程中,教师应当坚定自己的教学立场,充分发挥自身专业特长,用大量的实际例子和其他应用领域中的案例帮助学生掌握和应用微分方程的方法和技巧。
同时,教师也应该时刻关注学生的学习进程,以便及时调整教学方向,保证学生的学习效率。
在设计教学计划的时候,教师需要考虑学生们的学习兴趣。
为了吸引学生,我们可以通过提问、讨论和演示各种微分方程的物理、生物、化学及其他应用领域中的问题来激发学生的兴趣,并使他们对所学知识更加投入。
此外,我们还需要为学生们提供充分的资源进行自我研究和学习,这样能够加强学生的自主学习能力。
教师可以通过引导学生使用学习笔记、索引以及其他可用的学习资源来有效地增强学生的记忆能力和知识应用技巧。
教师和学生之间的互动和互动活动也是教学活动中最重要的部分。
教师应当以友好而专业的方式与学生沟通,并鼓励学生积极参加课堂讨论和其他学习活动。
这种交流不仅有利于学生更深入地理解所学知识,还可以增进教师与学生之间的互信与合作关系。
常微分方程教案设计是一项挑战性的任务,要求教师具有扎实的教育基础和深厚的专业知识。
在教案设计过程中,教师需要充分考虑课程大纲、课堂讲义以及配套的练习题等各个方面,并注重教学立场和学生的学习兴趣。
此外,为了有效增强学生的自主学习能力,教师还需要为学生提供充足的资源和互动活动。
只有这样,我们才能为学生打造一个富有效果的教学环境,让学生们真正地深入掌握常微分方程知识,并用所学知识在实践中获得成功。
对“常微分方程”线性微分方程组理论的教学探究
对“常微分方程”线性微分方程组理论的教学探究1. 引言1.1 研究背景常微分方程是数学中的一个重要分支,它在现代科学和工程领域中有着广泛的应用。
线性微分方程组作为常微分方程的一个重要分支,其理论和方法对于解决实际问题具有重要意义。
研究背景方面,线性微分方程组的理论和方法是解决实际问题的重要工具之一。
通过对线性微分方程组的探究,可以帮助我们更好地理解自然现象和工程问题背后的数学原理,提高问题的求解效率和准确性。
线性微分方程组也是数学和工程领域中的一个重要研究方向,不断有新的理论和方法被提出和应用。
在教学中,对线性微分方程组的理论和方法进行深入的探究和教学,可以帮助学生建立起扎实的数学基础,提高他们的问题解决能力和创新能力。
对线性微分方程组的教学探究具有重要意义,可以为学生的学习和发展提供有力支持。
1.2 研究意义线性微分方程组理论的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
线性微分方程组是数学分析中的重要分支之一,其理论研究对于深入理解微分方程的性质和解的存在唯一性具有重要意义。
线性微分方程组的矩阵表达和特征值问题在科学和工程领域中有着广泛的应用,例如在控制论、物理学、生物学等领域中都有着重要的应用价值。
线性微分方程组的稳定性研究可以帮助我们预测系统的稳定性以及解的长期行为。
在教学中,深入探讨线性微分方程组的理论和方法,不仅可以提高学生对微分方程的理解和掌握,还可以培养学生的逻辑思维能力和问题解决能力。
对线性微分方程组理论的教学探究具有重要的教育意义。
通过对线性微分方程组的深入研究和教学实践,可以帮助学生建立扎实的数学基础,为他们今后的学习和科研打下坚实基础。
深入研究线性微分方程组理论的教学探究具有重要的意义和价值。
1.3 研究目的研究目的是为了深入探究常微分方程线性微分方程组理论,提升教学效果和学生学习质量。
通过对线性微分方程组的概念、基本理论、解法和性质的研究,帮助学生建立起对该领域的系统性认识与理解。