数学建模课后作业第六章
数学建模课后作业第六章
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数学建模课后作业第六章-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN第六章.数理统计实验6.2 基本实验1.区间估计解:(1)由点估计与参数估计未知参数和σ^2,可以求出均值与方差;由题目条件可以得出如下的R程序:> x<-c(1067,919,1196,785,1126,936,918,1156,920,948)> n<-length(x)> x.sd<-sd(x)> x.mean<-mean(x); x.mean[1] 997.1> x.var<-sum((x-x.mean)^2)/n; x.var[1] 15574.29即=997.1,σ^2=15574.29令大约95%的灯泡至少使用的时间为x小时,可以得出如下的等式:由标准正态分布表可以得出:Ф()=0.05,可以得出=-1.645可以得出x=791.809小时。
(2)当使用时间至少为1000小时:查阅标准正态分布表可以得出对应的概率为1-Ф()=1-Ф()=1-Ф(0.02324)=1-0.5106=0.4894即由题可以得出使用时间在1000小时以上的概率为48.94%。
2.假设检验I解:对于自然状态下的男子血小板的数目可以假设服从于正态分布,由点估计与参数估计未知参数和σ^2,可以求出均值、均值区间与方差;x<-c(113,126,145,158,160,162,164,175,183,188,188,190,220,224,230,231,2 38,245,247,256)> n<-length(x)> x.sd<-sd(x)> x.mean<-mean(x); x.mean[1] 192.15> x.var<-sum((x-x.mean)^2)/n; x.var[1] 1694.728> tmp<-x.sd/sqrt(n)*qt(1-0.05/2,n-1)> a<-x.mean-tmp;a [1] 172.3827 > b<-x.mean+tmp;b [1] 211.9173可以得出均值为= 192.15,方差σ^2=1694.728;均值区间为(172.3827,211.9173)由此可以得出对于油漆工人而言正常男子血小板数为225单位,油漆工人明显低于正常的数量,则可以得知结论油漆作业对人体血小板数量有严重影响。
数学建模第六章 数值分析模型
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数
1
x1 x0
y0 ( x1 x) y1( x x0 )
学
建 模
令:
1x
x x1 x0 x1
y0
x x0 x1 x0
y1.
称 (1 x为)两点式插值或线性插值。
理学院
黑 龙
(2) n = 2时. 设yi = f(xi)i = 0,1,2.
令:
学 n=size(x1,2);
院 syms x positive
for i=1:(n-1)
Phi(i)=y(i)*(x-x1(i+1))/(x1(i)-x1(i+1))+y(i+1)*(x-x1(i))/(x1(i+1)-x1(i));
数 end
学 Phi=Phi';
建
l=find(x1>xx); Y=subs(Phi(l(1)-1),xx);
理学院
6.2 非线性方程求根
黑
龙
江
科 技
浮力问题
学
院
一个半径为r,密度为ρ的球重 4 r,3 高为h
数 学
的 在球水冠中部体分体的积深为度3是(3半rh2径 h的,3) 几求分3之几0.(的6 见球图浸
模
称值为多La项g式ra。nge插值基函数,n (x)为Lagrange插
理学院
例6.1.1 给定数组
黑
x 75 76 77 78 79 90
龙 江
y 2.768 2.833 2.903 2.979 3.062 3.153
科
技 (1)作一分段线性插值函数
(x)
学
院 (2)用上述插值函数计算 x 75.5和 x 78.3
2020年智慧树知道网课《数学建模基础(吉林联盟)》课后章节测试满分答案
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绪论单元测试1【判断题】(10分)对于现实世界的一个特定对象,为了一个特定目的,根据特有的内在规律,做出一些必要的简化假设,运用适当的数学工具,得到的一个数学结构.A.错B.对2【判断题】(10分)建立数学模型简称为数学建模或建模.A.对B.错3【判断题】(10分)建立数学模型时,模型假设作的越简单越好.A.对B.错4【判断题】(10分)建立数学模型时,模型假设作的越详细越好.A.对B.错5【单选题】(10分)数学建模的一般步骤中,第二步是()。
A.模型准备B.模型应用C.模型构成D.模型分析E.模型假设F.模型求解G.模型检验6【单选题】(10分)建立数学模型时,模型假设作的越()越好.A.简单B.复杂C.合理D.综合7【单选题】(10分)全国大学生数学建模竞赛创办于()年。
A.1992B.1990C.1995D.20008【多选题】(10分)以下对数学模型表述正确的是()。
A.数学模型是研究对象的共性和一般规律B.数学模型是通过抽象、简化的过程,使用数学语言对实际现象的一个近似刻画、以便于人们更深刻地认识所研究的对象.C.数学模型的主要研究方法是演绎推理D.数学模型是对于现实世界的一个特定对象,根据特有的内在规律,做出一些必要的简化假设运用适当的数学工具得到的一个数学结构.9【多选题】(10分)属于数学建模的方法的是()A.直观分析法B.数值分析法C.构造分析法D.机理分析法10【多选题】(10分)以下哪些问题可以用数学建模的方法研究()A.新技术的传播问题B.合理投资问题C.传染病的流行问题D.养老保险问题第一章测试1【判断题】(10分)A.对B.错2【判断题】(10分)A.对B.错3【单选题】(10分)若线性规划问题的可行域有界,则问题的最优解一定在可行域的()达到。
A.内部B.边界C.外部D.顶点顶点4【判断题】(10分)线性规划模型的三大要素为决策变量、目标函数、约束条件。
A.错B.对5【多选题】(10分)线性规划模型具有哪些特征?A.连续性B.比例性C.可加性D.层次性6【单选题】(10分)什么是线性规划模型?A.目标函数对于决策变量而言是线性函数、约束条件可以不是线性函数的优化模型B.目标函数和约束条件对于决策变量而言都是线性函数的优化模型C.目标函数对于决策变量而言都是线性函数的优化模型D.约束条件对于决策变量而言都是线性函数的优化模型7【单选题】(10分)能进行敏感性分析的规划模型有?A.0-1整数规划模型B.线性规划模型C.目标规划模型D.整数规划模型8【单选题】(10分)0-1整数规划模型中的决策变量取值为?A.整数。
数学建模:第六章建模范例三
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103.133872
(3)
101.310287
(3,1)
98.472872
(5)
96.731702
(5,1)
94.787533
(5,2)
92.480158
(5,3)
90.844949
(5,3,1)
4108.656375
(5,5)
*
M=5000万元,n=10年基金使用最佳方案(单位:万元)
3
改为
4
利用
5
软件求解(程序略)M=5000万元,
6
n=10年基金使用最佳方案:(单位:万元)
7
*
M=5000万元,n=10年基金使最佳方案(单位:万元)
存1年定期
存2年定期
存3年定期
存5年定期
取款数额(到期本息和)
每年发放奖学金数额
第一年初
105.650679
103.527252
220.429705
2.255
*
由上表可得,任何最佳存款策略中不能存在以下的存款策略(1,1),(2,1),(2,2),(3,2)和(3,3)。
由1,2,3,5四种定期能够组成的策略(5年定期不重复) 只能有(1),(2),(3),(3,1),(5), (5,1), (5,2), (5,3), (5,3,1)九种,
*
根据以上的推理,可得n年的最优存储方案公式二为:
据上公式用
可以求得n=10年,M=5000万元时
基金使用的最优方案:(单位:万元)
每年奖学金:
问题三求解:
方案一:只存款不购买国库券
1
因学校要在基金到位后的第3年举行校庆,所以此年奖金应是其他年度的1.2倍,
2024版新教材高中数学第六章数学建模6-3数学建模案例二距离问题湘教版必修第二册
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解决问题 结合图象不难回答问题(1),通过研究函数y=|x-1|+|x-2|+…+|x -202|的图象和最值情况,可以得到以下结论: 形如y=|x-A1|+|x-A2|+…+|x-An|的函数,假设A1,A2,A3,…, An是这n个不同的常数从小到大的排列,若n为奇数,设这一列数中间 一个数为p,则当x=p时,函数有最小值;若n是偶数,设这一列数中 间两个数依次为m,n,则当x∈[m,n]时,函数有最小值.
由Δ=36t2-64(10 000-t2)≥0,得t≥80.
当t=80时,x=15,即D点选在距A点15 km处.
方法二 此问题还可以利用物理中的光学性质解决.因为光总是选
择用时最短的路径传播,所以本题可转化为光的全反射的临界状态, 光线沿C→D→B传播,则由光的折射定律,可得sin ∠CDE=35,所以 sin ∠DCA=35,此时|AD|=15,即D点选在距A点15 km处.
序继续加工,假设移动零件所需费用与所移动的距离成正比,问检验
台应放在哪里,就能使所有零件移动所花总费用最少?
从上述解答过程不难看出,数学中的很多问题来源于实际,而且数 学和物理是不可分割的,这就要求我们在进行数学建模的时候必须要 有丰富的知识面,同时,也要对一个问题进行发散思考,不断开拓思 路,发掘方法.
2.有了本问题的研究结论后,形如y=|x-A1|+|x-A2|+…+|x-An| 的函数图象也就可以画出来了,这个结论有很多的应用,如
方法一 设|AD|=x,则|CD|= x2 + 400,铁路运速为5a,公路运速C
处
到
B
处
的时
间
为
y,
则
y
=
100−x 5a
+
数学建模第三版习题答案
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数学建模第三版习题答案数学建模是一门应用数学的学科,通过建立数学模型来解决实际问题。
《数学建模第三版》是一本经典的教材,其中的习题对于学生来说是非常重要的练习材料。
在这篇文章中,我将为大家提供《数学建模第三版》习题的答案,希望能够帮助大家更好地理解和应用数学建模的知识。
第一章:数学建模的基础知识1. 数学建模的定义:数学建模是指将实际问题转化为数学问题,并通过建立数学模型来解决问题的过程。
2. 数学建模的基本步骤:问题的分析与理解、建立数学模型、求解数学模型、模型的验证与应用。
3. 数学建模的分类:确定性建模和随机建模。
4. 数学建模的特点:抽象性、理想化、简化性和应用性。
第二章:线性规划模型1. 线性规划模型的基本形式:目标函数和约束条件都是线性的。
2. 线性规划模型的求解方法:图形法、单纯形法和对偶理论。
3. 线性规划模型的应用:生产计划、资源分配、运输问题等。
第三章:整数规划模型1. 整数规划模型的基本形式:目标函数是线性的,约束条件中包含整数变量。
2. 整数规划模型的求解方法:分枝定界法、割平面法、动态规划法等。
3. 整数规划模型的应用:项目选择、装配线平衡问题、旅行商问题等。
第四章:动态规划模型1. 动态规划模型的基本思想:将一个大问题分解为若干个子问题,通过求解子问题的最优解来求解整个问题的最优解。
2. 动态规划模型的求解方法:递推法、备忘录法和自底向上法。
3. 动态规划模型的应用:背包问题、最短路径问题、最长公共子序列问题等。
第五章:非线性规划模型1. 非线性规划模型的基本形式:目标函数和约束条件中包含非线性函数。
2. 非线性规划模型的求解方法:牛顿法、拟牛顿法、全局优化法等。
3. 非线性规划模型的应用:经济增长模型、生态系统模型、医学诊断模型等。
第六章:图论模型1. 图论模型的基本概念:顶点、边、路径、回路等。
2. 图论模型的求解方法:深度优先搜索、广度优先搜索、最短路径算法等。
数学建模习题及答案课后习题
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第一部分课后习题1.学校共1000名学生,235人住在A宿舍,333人住在B宿舍,432人住在C宿舍。
学生们要组织一个10人的委员会,试用下列办法分配各宿舍的委员数:(1)按比例分配取整数的名额后,剩下的名额按惯例分给小数部分较大者。
(2)节中的Q值方法。
(3)d’Hondt方法:将A,B,C各宿舍的人数用正整数n=1,2,3,…相除,其商数如下表:将所得商数从大到小取前10个(10为席位数),在数字下标以横线,表中A,B,C行有横线的数分别为2,3,5,这就是3个宿舍分配的席位。
你能解释这种方法的道理吗。
如果委员会从10人增至15人,用以上3种方法再分配名额。
将3种方法两次分配的结果列表比较。
(4)你能提出其他的方法吗。
用你的方法分配上面的名额。
2.在超市购物时你注意到大包装商品比小包装商品便宜这种现象了吗。
比如洁银牙膏50g装的每支元,120g装的元,二者单位重量的价格比是:1。
试用比例方法构造模型解释这个现象。
(1)分析商品价格C与商品重量w的关系。
价格由生产成本、包装成本和其他成本等决定,这些成本中有的与重量w成正比,有的与表面积成正比,还有与w无关的因素。
(2)给出单位重量价格c与w的关系,画出它的简图,说明w越大c越小,但是随着w的增加c减少的程度变小。
解释实际意义是什么。
3.一垂钓俱乐部鼓励垂钓者将调上的鱼放生,打算按照放生的鱼的重量给予奖励,俱乐部只准备了一把软尺用于测量,请你设计按照测量的长度估计鱼的重量的方法。
假定鱼池中只有一种鲈鱼,并且得到8条鱼的如下数据(胸围指鱼身的最大周长):先用机理分析建立模型,再用数据确定参数4.用宽w的布条缠绕直径d的圆形管道,要求布条不重叠,问布条与管道轴线的夹角 应多大(如图)。
若知道管道长度,需用多长布条(可考虑两端的影响)。
如果管道是其他形状呢。
5.用已知尺寸的矩形板材加工半径一定的圆盘,给出几种简便、有效的排列方法,使加工出尽可能多的圆盘。
数学建模简明教程第六章离散模型
![数学建模简明教程第六章离散模型](https://img.taocdn.com/s3/m/1325aac1a1116c175f0e7cd184254b35effd1a1a.png)
收集数据与信息
数据来源
确定数据来源,包括实验数据、调查数据、公开数据等,确保数据的准确性和 可靠性。
数据预处理
对收集到的数据进行清洗、整理和转换,以适应离散模型的建立和应用。
选择合适的离散模型
模型类型
根据问题特点和目标,选择合适的离 散模型类型,如概率模型、统计模型 、逻辑模型等。
离散模型的优化
参数调整
根据验证结果,调整离散 模型的参数,以提高模型 的预测精度和稳定性。
算法改进
探索更高效的算法,以降 低计算复杂度和提高模型 训练速度。
特征选择
根据模型需求,选择与问 题相关的特征,去除冗余 和无关特征,提高模型性 能。
离散模型的改进建议
深入研究数据
持续学习
深入了解数据分布和特性,为模型改 进提供更有针对性的指导。
等方面。
在交通运输领域,离散模型用于 描述交通流量的变化和预测交通
状况。Βιβλιοθήκη 在经济学和社会学领域,离散模 型用于研究人口增长、市场行为、
社会网络等方面的问题。
02
离散模型的建立
确定问题与目标
明确问题背景
在建立离散模型前,需要明确问 题的背景、研究目的和相关领域 ,以便确定模型的应用范围和针 对性。
确定研究目标
数学建模简明教程第六章 离散模型
• 离散模型概述 • 离散模型的建立 • 离散模型的求解 • 离散模型的验证与优化 • 离散模型案例分析
01
离散模型概述
离散模型的定义
离散模型是指对研究对象进行离散化 处理,将其划分为若干个离散的单元 或状态,然后对每个单元或状态进行 数学描述和分析的模型。
科学计算与数学建模智慧树知到课后章节答案2023年下中南大学
![科学计算与数学建模智慧树知到课后章节答案2023年下中南大学](https://img.taocdn.com/s3/m/17e0164430b765ce0508763231126edb6e1a767f.png)
科学计算与数学建模智慧树知到课后章节答案2023年下中南大学中南大学第一章测试1.以下哪种误差可以完全避免?答案:过失误差2.关于误差的衡量,哪个是不准确的?答案:估计误差3.进行减法运算时,要尽量做到()?答案:避免相近的近似数相减4.算法的计算复杂性可以通过来衡量?答案:算法的时间复杂度5.在数学建模过程中,要遵循尽量采用 ( ) 的数学工具这一原则,以便更多人能了解和使用?答案:简单第二章测试1.若n+1个插值节点互不相同,则满足插值条件的n次插值多项式()?答案:唯一存在2.三次样条函数的插值条件中,最多可以插值于给定数据点的阶导数?答案:23.当要计算的节点x 靠近给定数据点终点xn时,选择公式比较合适?答案:Newton向后插值4.n+1 个点的插值多项式,其插值余项对f(x)一直求到()阶导数?答案:n+15.三次样条插值只需要插值节点位置即可。
答案:错第三章测试1.有4个不同节点的高斯求积公式的代数精度是答案:72.复合Simpson求积公式具几阶收敛性答案:33.答案:24.以下哪项不属于数值求积的必要性?答案:f(x)的不能用初等函数表示。
5.辛普森公式又名()?答案:抛物线公式第四章测试1.下面关于二分法的说法哪个错误的()?答案:只要步长足够小,用二分法可以求出方程的所有根。
2.二分法中求解非线性方程时,分割次数越多得出的根越精确?答案:错3.将化成的结果是唯一的?答案:错4.答案:(1)和(2)5.答案:第五章测试1.式Ax=b中,n阶矩阵A =(a ij)n×n为方程组的矩阵?答案:系数2.如果 L是单位下三角矩阵,U 为上三角矩阵,此时是三角分解称为克劳特(Crout)分解;若 L 是下三角矩阵,而 U 是单位上三角矩阵,则称三角分解为杜利特(Doolittle)分解?答案:错3.LU分解实质上是Gauss消去法的矩阵形式。
答案:对4.若n阶非奇异矩阵A的前n-1阶顺序主子式有的为0,则可以在A的左边或右边乘以初等矩阵,就将A的行或列的次序重新排列,使A的前n-1阶顺序主子式非0,从而可以进行三角分解?答案:对5.采用高斯消去法解方程组时, 小主元可能产生麻烦,故应避免采用绝对值小的主元素?答案:对第六章测试1.运用迭代法求解线性方程组时,原始系数矩阵在计算过程中始终不变?答案:对2.迭代法不适用于求解大型稀疏系数矩阵方程组?答案:错3.迭代法可以求解出线性方程组的解析解?答案:错4.答案:5.答案:第七章测试1.答案:p2.答案:1.00003.答案:对4.当 k=0 时,Adams内插法就是Euler法。
08数学建模与数学实验习题6章
![08数学建模与数学实验习题6章](https://img.taocdn.com/s3/m/4a2cd1313968011ca3009124.png)
习题:某厂向用户提供发动机,合同规定,第一、二、三季度末分别交货40台、60台、80台.每季度的生产费用为f(x)=ax+bx^2(元),其中x是该季生产的台数.若交货后有剩余,可用于下季度交货,但需支付存储费,每台每季度c元.已知工厂每季度最大生产能力为100台,第一季度开始时无存货,设a=50、b=0.2、c=4,问工厂应如何安排生产计划,才能既满足合同又使总费用最低.讨论a、b、c变化对计划的影响,并作出合理的解释.设:第一季度生产x1台,第二季度生产x2台,第三季度生产x3台。
Min=50x1+0.2x2^2 +50x2+0.2x2 ^2+50x3+0.2x3^2+4(x1-40)+4(x1+x2-100)Stx1>=40;x1+x2>=100;x1+x2+x3=180;x1<=100;x2<=100;x3<=100;MATLAB运行:先建立M文件 cc1.m,定义目标函数:function f=cc1(x):f=50*x(1)+0.2*x(1)^2+50*x(2)+0.2*x(2)^2+50*x(3)+0.2*x(3)^2+4*(x(1)-40 )+4*(x(1)+x(2)-100);再建立M文件从此cc11.m定义非线性约束:x0=[60;60;60];A=[-1 -1 0];b=[-100];Aeq=[1 1 1];beq=[180];vlb=[40;0;0];vub=[100;100;100];[x,fval]=fmincon('cc1',x0,A,b,Aeq,beq,vlb,vub)结果:x =50.000060.000070.0000fval =11280lingo运行:model:min=50*x1+0.2*x1^2+50*x2+0.2*x2^2+50*x3+0.2*x3^2+(x1-40)*4+(x1+x2-100 )*4;x1>=40;x1+x2>=100;x1+x2+x3>=180;x1<=100;x2<=100;x3<=100;end结果:Local optimal solution found at iteration: 47Objective value: 11280.00Variable Value Reduced CostX1 50.00000 0.000000X2 60.00000 0.000000X3 70.00000 0.000000Row Slack or Surplus Dual Price1 11280.00 -1.0000002 10.00000 0.0000003 10.00000 0.0000004 0.000000 -78.000015 50.00000 0.0000006 40.00000 0.0000007 30.00000 0.000000进一步分析,讨论参数a,b,c对生产计划的影响:1)、固定b,c不变,a变化(分别取a=20、60),仍运行上述程序,结果为:由于生产总量是恒定的,而c x x x x x x b x x x a y )]100()40[()()(211232221321-++-++++++=,故a 的变化不会影响生产计划;b 是x 的二次项的系数,它反映了生产费用。
数学建模,姜启源第六章 稳定性模型
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x(t ) x ky g 模型 y(t ) lx y h
kl
1) 双方经济制约大于双方军备刺激时,军备竞赛 才会稳定,否则军备将无限扩张。 2) 若g=h=0, 则 x0=y0=0, 在 > kl 下 x(t), y(t)0,
模型
x1 x2 x1 (t ) r1 x1 1 N 1 N 1 2
x1 x2 x2 (t ) r2 x2 1 2 N1 N 2
模型 t 时x (t ), x (t )的趋向 (平衡点及其稳定性) 1 2 分析
都有
lim x(t ) x0 , 称x0是方程(1)的稳定平衡点 t
x F ( x0 )(x x0 ) (2)
不求x(t), 判断x0稳定性的方法——直接法 (1)的近似线性方程
F ( x0 ) 0 x0稳定(对(2), (1)) F ( x0 ) 0 x0不稳定(对(2), (1))
平衡点 P0(0,0)稳定
平衡点 P0(0,0)不稳定
军备竞赛
平衡点 稳定性判断 系数 A l 矩阵
x(t ) x ky g 模型 y(t ) lx y h
kh g x0 , kl
k
l g h y0 kl
lim x2 (t ) x , 称P0是微分方程的稳定平衡点 t
0 2
判断P0 (x10,x20) 稳定 性的方法——直接法 (1)的近似线性方程
0 0 0
1
x1 (t ) f ( x1 , x2 ) x2 (t ) g ( x1 , x2 ) (1)
数学建模第五版姜启源课后题答案第6章代码
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数学建模第五版姜启源课后题答案第6章代码
第六章代数方程与差分方程模型代码
概述差分方程的类型
6.1贷款购房
6.2管住嘴迈开腿
6.3动物的繁殖与收获
6.4中国人口增长预测
一、差分方程的基本概念
1.差分的定义
定义规定t只取非负整数,设函数y,表示变量y在t点的取值y=f(t),t=0,?,?,,土n,.
称
Ay,=y1-y,=f(t+1)-f(t)为函数y,的一阶差分;称A2y,=△(Ay,)=Ay1-Ay.
=(y42-y21)-(y21-y)
=y42-2y1+y
依此类推,函数的n阶差分定义为:A"y,=△(A-1y)
二阶及二阶以上的差分统称为高阶差分。
例1求△(t2),△2(t2),A3(t2).
解设y,=t2,则Ay,=A(t2)=(t+1)2-t2=2t+1,
△2(y,)=A2(t2)=△(Ay,)=△(2t+1)
=(2(t+1)+1)-(2t+1)
=2,A2(y,)=△(A2y,)
=△(2)=2-2=0.
2.差分方程
例设某种商品t时期的供给量S,与需求量D都是这一时期价格P,的线性函数:S,=-a+b(a,b>0),D=c-d(c,d>0).
则t时期的价格P,由t-1时期的价格P.1与供给量及需求量之差S.a-D.按以下关系确定P=P1-2(S1-D-1)(a为常数),即P-[1-2(b+d)JP,=a(a+c).。
数学建模习题--第六章
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习 题1.在6.1节平衡状态的交通流模型中,从对于制动力(或驱动力)的假设(10)式及u (0)=m u 出发,推导平衡状态下的速度和流量函数(12)和(13)式.2.在交通流模型中如果假定制动力(或驱动力)与两车距离无关,推导平衡状态的速度和流量函数,这个结果符合实际吗?3.在6.2节捕鱼模型中,如果渔场鱼量的自然增长仍服从Logistic 规律,而单位时间捕捞量为常数,h1分别就<h 4rN 、4rN h >和4rN h =3种情况讨论渔场鱼量方程的平衡点及其稳定状况.②如何获得最大持续产量,其结果与6.2节的产量模型有何不同.4.与Logistic 模型不同的另一种描述种群增长规律的是Gompertz 模型: xN rx t x ln )(= 其中r 和N 的意义与Logistic 模型相同.设渔场量的自然增长服从这个模型,又单位时间捕捞量h=Ex .讨论渔场鱼量的平衡点及其稳定性,求最大持续产量m h 及获得最大产量的捕捞强度m E 和渔场鱼量水平0x .5.在6.4节种群竞争模型中设1σ2σ =1(1σ2σ≠),求平衡点并分析其稳定性.6.对于6.4节种群竞争模型的第3种情况:1σ<1,2σ<1(图6-5(3)),分析相轨线的趋势并画出示意图,解释平衡点p 3稳定的意义.7.在6.5节种群相互依存模型中,按以下4 种情况作相轨线示意图,并解释平衡点稳定的意义.①2σ<1,21σσ<1②2σ>1,1σ2σ>1③1σ>1,2σ<1,1σ2σ>1④1σ<1,2σ>1,1σ2σ<1(其中④已经由图6-6给出,可作为参考)8.与6.5节的模型稍有不同,如果两个种群都能独立生存,共处时又能相互提供食物,试建立种群依存模型并讨论平衡点的稳定性,解释稳定的意义.9.对于第8题,如果两个种群都不能独立生存,但共处时可以相互提供食物,试建模以讨论共处的可能性.10.在6.6节的食饵—捕食者系统中,如果在食饵方程(1)中增加自身阻滞作用的Logistic 项,方程(2)不变,讨论平衡点及稳定性,解释其意义.11.如果在6.6节的食饵和捕食者方程中都增加Logistic 项,即方程(12)、(13),讨论平衡点及稳定性.12.如果在食饵—捕食者系统中,捕食者掠食的对象只是成年的食饵,而未成年的食饵因体积太小免遭捕获.在适当的假设下建立这三者之间关系的模型,求平衡点]9[. *13.一个岛屿上栖居着食肉爬行动物和哺乳动物,又长着茂盛的植物.爬行动物以哺乳动物为食物,哺乳动物又依赖植物生存.在适当假设下建立三者之间关系的模型,求平衡点9.*14.大陆上物种数目是常数,各物种独立地从大陆向附近一岛屿迁移.岛上物种数量的增加与尚未迁移的物种数目有关,而随着迁移物种数的增加又导致岛上物种的减少.在适当假设下建立岛上物种数的模型,并讨论稳定状况]27[. *15.人体注射葡萄糖溶液时,血液中葡萄糖浓度)(t g 的增长率与注射速率r 成正比,与人体血液体积v 成反比,而由于人体组织的吸收作用,)(t g 的减少率与)(t g 本身成正比.分别在以下几种假设下建立模型,并讨论稳定情况.①人体血液体积v 不变.②v 随着注入溶液而增加.③由于排泄等因素v 的增加有极限值.④注射是间断进行的]27[. *16.讨论资金积累、国民收入与人口增长的关系.①若国民平均收入x 与按人口平均资金积累y 成正比,说明仅当总资金积累的相对增长率k 大于人口的相对增长率r 时,国民平均收入才是增长的②作出)(x k 和)(x r 的示意图,说明二曲线交点是平衡点,讨论它的稳定性.③分析人口激增会引起什么后果]4[. *17.讨论另一种捕鱼业持续收获的效益模型。
高中数学湘教版 第6章 数学建模 课后练习、课时练习
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一、单选题1. 一般的数学建模包含如下活动过程:①建立模型;②实际情境;③提出问题;④求解模型;⑤实际结果;⑥检验结果,则正确的序号顺序为()A.③②①④⑤⑥B.③②①④⑥⑤C.②①③④⑤⑥D.②③①④⑥⑤2. 对20不断进行“乘以2”或“减去3”的运算,每进行一次记作一次运算,若运算n 次得到的结果为23,则n的最小值为()A.7 B.8 C.9 D.103. 下列说法正确的是()A.数学探究活动是数学建模B.用数学的思想方法分析、解决了实际问题的过程就是数学建模C.数学建模的第一步是对数学问题进行抽象概括D.数学建模的对象是现实世界中的实际问题二、填空题4. 在一个十字路口,每次亮绿灯的时长为30秒,那么,每次绿灯亮时,在一条直行道路上能有多少汽车通过?这个问题涉及车长、车距、车速、堵塞的干扰等多种因素,不同型号车的车长是不同的,驾驶员的习惯不同也会使车距、车速不同,行人和非机动车的干扰因素则复杂且不确定.面对这些不同和不确定,需要作出假设.例如小明发现虽然通过路口的车辆各种各样,但多数是小轿车,因此小明给出如下假设:通过路口的车辆长度都相等,请写出一个你认为合理的假设________________________.5. 我们知道,提出问题比解决问题更重要,提出关于现实世界问题是创新的起点.作为中学生我们应该自觉地观察现实世界并提出实际问题,以便养成面对实际情景提出实际问题的习惯,为成为创新型人才打下坚实的基础.生活中,我们经常经过熟悉的十字路口,面对“熟悉的十字路口”这一现实世界情景,请你就“熟悉的十字路口”提出关于现实世界的问题,作为自己学习数学建模的第一步.你提出的实际问题是______.(答案不唯一)三、解答题6. 如图,在山顶P点已得三点A,B,C的俯角分别为,,,其中A,B,C为山脚下两侧共线的三点,现欲沿直线AC挖掘一条隧道,试根据测得的AD,EB,BC的长度,建立估计隧道DE长度的数学模型.7. 下图1为世界各洲在一段时间内人口数量随时间变化的曲线,这些曲线描述的人口变化规律与图2中的曲线有何不同?试分析原因.8. 如图,有三个新兴城镇分别位于A,B,C处,且,().今计划在BC的垂直平分线上建一个中心医院P,方便三镇居民就医,试在下列条件下求P的位置:(1)P到三镇距离平方和最小;(2)P到三镇距离之和最小;(3)P到三镇的最远距离最小.9. 1981年,生物学家根据触角长和翼长将蠓虫分为Af和Apf两类,已知9只Af 蠓虫和6只Apf蠓虫的标本数据如下(单位:mm):Af蠓虫触角长 1.24 1.36 1.38 1.38 1.38 1.40 1.48 1.54 1.56 翼长 1.72 1.74 1.64 1.82 1.90 1.70 1.82 1.82 2.08Apf蠓虫触角长 1.14 1.18 1.20 1.26 1.28 1.30翼长 1.78 1.96 1.86 2.00 2.00 1.96现另有三个蠓虫标本的触角长和翼长分别为,,,请设法确定哪个是Af蠓虫,哪个是Apf蠓虫.(可以借助网络等资源查询相关资料,得到解决问题的思路)。
2024版新教材高中数学第六章数学建模6-1数学建模概述湘教版必修第二册
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四、数学建模的报告 普通高中数学课程标准明确指出:学生要经历数学建模活动与数学 探究活动的全过程,学会整理资料,能撰写研究报告或小论文,并进 行报告、交流.研究报告或小论文及其评价应存入学生个人学习档案, 为大学招生提供参考和依据.学生可以采取独立完成或者小组合作 (2~3人为宜)的方式,完成课题研究.
6.1 数学建模概述
一、数学建模的概念 普通高中数学课程标准将数学建模列为六大数学核心素养之一,那 么什么是数学建模呢? 数学模型:对于现实世界的一个特定对象,为了一个特定目的,根 据特有的内在规律,做出一些必要的简化假设,运用适当的数学工具, 得到的一个数学结构. 数学建模是对现实问题进行数学抽象,用数学语言表达问题、用数 学方法构建模型解决问题的素养.数学建模过程主要包括:在实际情 境中从数学的视角发现问题、提出问题,分析问题、建立模型,确定 参数、计算求解,检验结果、改进模型,最终解决实际问题.
数学建模活动的基本过程如下: 1.问题描述:了解问题的实际背景,明确其实际意义,掌握对象的 各种信息,明确与问题相关的因素. 2.模型假设:根据实际对象的特征和建模的目的,对各个相关因素 做出假设. 3.模型建立:在假设的基础上,利用适当的数学工具来刻画各因素 之间的数学关系,选择适当的数学模型表达实际问题. 4.模型求解:利用获取的数据资料,对模型进行求解.
二、数学建模的意义 马克思曾说过:“一门科学只有成功地运用数学时,才算达到了完 善的地步.”由此可以认为,数学在各门科学中被应用的水平就能代 表这门科学的发展水平. 数学建模是高中数学核心素养之一,它搭建了数学与外部世界联系 的桥梁,是数学应用的重要形式,数学建模是应用数学知识解决实际 问题的基本手段,也是推动数学发展的动力. 随着科学技术的进步,特别是计算机技术的迅速发展,数学已经从 自然科学渗透到了经济活动和社会生活的各个领域.一般地,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.
数学建模课件06-2第六章 建模范例 第3节
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第二个方法是通过三个邻近点作一个平面(如 图6.6所示)。当然,在点1A和0B处数据没得到之 前,对于点0A是不可能这样做的。 公式将给出一个带正方形 底的盒子的第四条棱的高度, 这四条棱与底垂直,盒子顶 部是一个平面但不一定与底 面平行。 让h1,h2,h3表示已知三棱的高度,利用对称性有
h1 h 4 h 2 h 3
6 5 3
沙子的体积=4.690× 10 m
3
下面我们再利用数值积分的梯形公式和辛浦森公 式求得一个更精确的结果。
我们利用一维公式按行进行积分,可得一列 数据,再对这列数据用同样公式积分。
19
由梯形公式可算出:
表土体积为: 8.696× 10 5 m 3 沙子体积为:4.690×
10 m
6 3
由辛浦森公式可算出: 表土体积为:8.732× 10 m 6 3 沙子体积为:4.687×10 m
22
堆积表土占地费:
总数=108216.66(镑) 卖沙的月收入为: 105×296000.00-108216.00=187783.34(镑)
现在可将每月的利润加起来得到工程的总利润。 但由于月利润必须先经过贴现,求出其纯现值。因此, 如果从工程开始算起的第n个月有p镑利润,则其纯现 值为: n
。
1
由于表土的松散结构,开采沙子不能采用地下 开采的方式,而只能露天开采。这就必须先将表 土移至别处,然后才能将沙子挖出。因而这项工 程的一个最大的投资是将表土移走的费用。
为了确定某个开采地将来可能获得利润,估计 现存表土及沙子的数量是必需的。常用的方法是在 待开采地区画一些网格,在网格交点处用一根空心 管子垂直地钻入地下,利用进入管内表土和沙子的 数量,测出该点处沙子和表土的厚度。再利用所有 样本点(网格点)处表土和沙子的厚度及该地区的 面积,可估计出表土及所蕴藏沙子的体积。
数学建模第四版习题答案
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数学建模第四版习题答案数学建模是一门应用数学的学科,通过数学方法解决实际问题。
《数学建模(第四版)》是一本经典的教材,其中的习题是学生巩固知识和提高能力的重要练习。
本文将对《数学建模(第四版)》部分习题进行解答和讨论。
第一章是数学建模的基础知识。
习题1.1要求解释什么是数学建模,以及它在现实生活中的应用。
数学建模是将实际问题转化为数学问题,通过数学方法进行求解和分析。
它在工程、经济、环境等领域都有广泛的应用,如物流优化、金融风险评估等。
第二章是线性规划问题。
习题2.3要求利用线性规划方法解决一个生产计划问题。
假设某工厂有两种产品A和B,每种产品的生产需要不同的资源和时间。
通过建立数学模型,可以确定最佳的生产计划,以最大化利润或最小化成本。
第三章是整数规划问题。
习题3.2要求解决一个装载问题。
假设有一辆货车和若干货物,每个货物有不同的重量和体积。
货车的载重和容积有限,需要确定如何装载货物,使得装载量最大化。
通过整数规划方法,可以得到最优的装载方案。
第四章是非线性规划问题。
习题4.1要求求解一个最优化问题。
假设有一家公司要选择最佳的投资组合,以最大化收益。
通过建立数学模型,并应用非线性规划方法,可以确定最佳的投资策略。
第五章是动态规划问题。
习题5.3要求解决一个路径规划问题。
假设有一个迷宫,求从起点到终点的最短路径。
通过动态规划方法,可以逐步确定最优的路径,以及到达每个位置所需的最小代价。
第六章是图论问题。
习题6.2要求解决一个旅行商问题。
假设有若干个城市,旅行商需要依次访问每个城市,并返回起点城市。
通过建立图模型,并应用图论算法,可以确定最短的旅行路线,以及访问每个城市的顺序。
第七章是随机过程问题。
习题7.1要求求解一个排队论问题。
假设有若干个顾客到达某个服务点,服务点只能同时为一个顾客提供服务。
通过建立排队模型,并应用随机过程理论,可以确定顾客等待时间的分布,以及服务点的利用率。
总之,《数学建模(第四版)》的习题涵盖了数学建模的各个方面,从基础知识到高级应用,从线性规划到随机过程。
姜启源数学模型课后答案(3版)
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《数学模型》作业解答第二章(1)(2008年9月16日)1. 学校共1000名学生,235人住在A 宿舍,333人住在B 宿舍,432人住在C 宿舍.学生们要组织一个10人的委员会,试用下列办法分配各宿舍的委员数:(1). 按比例分配取整数的名额后,剩下的名额按惯例分给小数部分较大者; (2). §1中的Q 值方法;(3).d ’Hondt 方法:将A 、B 、C 各宿舍的人数用正整数n=1,2,3,……相除,其商数如下表:将所得商数从大到小取前10个(10为席位数),在数字下标以横线,表中A 、B 、C 行有横线的数分别为2,3,5,这就是3个宿舍分配的席位.你能解释这种方法的道理吗?如果委员会从10个人增至15人,用以上3种方法再分配名额,将3种方法两次分配的结果列表比较.解:先考虑N=10的分配方案,,432 ,333 ,235321===p p p ∑==31.1000i ip方法一(按比例分配) ,35.23111==∑=i ipNp q ,33.33122==∑=i ipNp q 32.43133==∑=i ipNp q分配结果为: 4 ,3 ,3321===n n n 方法二(Q 值方法)9个席位的分配结果(可用按比例分配)为:4 ,3 ,2321===n n n第10个席位:计算Q 值为,17.92043223521=⨯=Q ,75.92404333322=⨯=Q 2.93315443223=⨯=Q3Q 最大,第10个席位应给C.分配结果为 5 ,3 ,2321===n n n方法三(d ’Hondt 方法)此方法的分配结果为:5 ,3 ,2321===n n n此方法的道理是:记i p 和i n 为各宿舍的人数和席位(i=1,2,3代表A 、B 、C 宿舍).iin p 是每席位代表的人数,取,,2,1 =i n 从而得到的i i n p 中选较大者,可使对所有的,i ii n p尽量接近.再考虑15=N 的分配方案,类似地可得名额分配结果.现将3种方法两次分配的结果列表如下:2. 试用微积分方法,建立录像带记数器读数n 与转过时间的数学模型. 解: 设录像带记数器读数为n 时,录像带转过时间为t.其模型的假设见课本.考虑t 到t t ∆+时间内录像带缠绕在右轮盘上的长度,可得,2)(kdn wkn r vdt π+=两边积分,得⎰⎰+=ntdn wkn r k vdt 0)(2π)22 2n wk k(r n πvt +=∴ .2 22n vk w n v rk t ππ+=∴第二章(2)(2008年10月9日)15.速度为v 的风吹在迎风面积为s 的风车上,空气密度是ρ ,用量纲分析方法确定风车获得的功率P 与v 、S 、ρ的关系.解: 设P 、v 、S 、ρ的关系为0),,,(=ρs v P f , 其量纲表达式为: [P]=32-T ML , [v ]=1-LT ,[s ]=2L ,[ρ]=3-ML ,这里T M L ,,是基本量纲.量纲矩阵为:A=)⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---ρ()()()()()()(001310013212s v P T M L齐次线性方程组为:⎪⎩⎪⎨⎧=--=+=-++03032221414321y y y y y y y y 它的基本解为)1,1,3,1(-=y由量纲i P 定理得 1131ρπs v P -=, 113ρλs v P =∴ , 其中λ是无量纲常数. 16.雨滴的速度v 与空气密度ρ、粘滞系数μ和重力加速度g 有关,其中粘滞系数的定义是:运动物体在流体中受的摩擦力与速度梯度和接触面积的乘积成正比,比例系数为粘滞系数,用量纲分析方法给出速度v 的表达式.解:设v ,ρ,μ,g 的关系为(f v ,ρ,μ,g )=0.其量纲表达式为[v ]=LM 0T -1,[ρ]=L -3MT 0,[μ]=MLT -2(LT -1L -1)-1L -2=MLL -2T -2T=L -1MT -1,[g ]=LM 0T -2,其中L ,M ,T 是基本量纲.量纲矩阵为A=)()()()()()()(210101101131g v T M L μρ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----- 齐次线性方程组Ay=0 ,即⎪⎩⎪⎨⎧==+=+02y -y - y -0y y 0y y -3y -y 431324321 的基本解为y=(-3 ,-1 ,1 ,1)由量纲i P 定理 得 g v μρπ13--=. 3ρμλgv =∴,其中λ是无量纲常数. 16*.雨滴的速度v 与空气密度ρ、粘滞系数μ、特征尺寸γ和重力加速度g 有关,其中粘滞系数的定义是:运动物体在流体中受的摩擦力与速度梯度和接触面积的乘积成正比,比例系数为粘滞系数,用量纲分析方法给出速度v 的表达式.解:设v ,ρ,μ,γ,g 的关系为0),,,,(=g v f μργ.其量纲表达式为[v ]=LM 0T -1,[ρ]=L -3MT 0,[μ]=MLT -2(LT -1L -1)-1L -2=MLL -2T -2T=L -1MT -1,[γ]=LM 0T 0 ,[g ]=LM 0T -2其中L ,M ,T 是基本量纲. 量纲矩阵为A=)()()()()()()()(210010110011311g v T M L μργ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----- 齐次线性方程组Ay=0 即⎪⎩⎪⎨⎧=---=+=+--+020035414354321y y y y y y y y y y 的基本解为⎪⎩⎪⎨⎧---=--=)21,1,1,23,0()21,0,0,21,1(21y y得到两个相互独立的无量纲量⎩⎨⎧==-----2/112/322/12/11g g v μργπγπ 即 1212/12/31,--==πμργπγg g v . 由0),(21=Φππ , 得 )(121-=πϕπ ∴ )(12/12/3-=μργϕγυg g , 其中ϕ是未定函数.20.考察阻尼摆的周期,即在单摆运动中考虑阻力,并设阻力与摆的速度成正比.给出周期的表达式,然后讨论物理模拟的比例模型,即怎样由模型摆的周期计算原型摆的周期. 解:设阻尼摆周期t ,摆长l , 质量m ,重力加速度g ,阻力系数k 的关系为0),,,,(=k g m l t f其量纲表达式为:112120000000)(]][[][,][,][,][,][-----======LT MLT v f k T LM g MT L m T LM l T M L t 10-=MT L , 其中L ,M ,T 是基本量纲.量纲矩阵为A=)()()()()()()()(120011010001010k g m l t T M L ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-- 齐次线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=--=+=+02005415342y y y y y y y 的基本解为⎪⎩⎪⎨⎧--=-=)1,21,1,21,0()0,21,0,21,1(21Y Y 得到两个相互独立的无量纲量∴g l t =1π, )(21πϕπ=, 2/12/12mg kl =π ∴)(2/12/1mg kl g l t ϕ=,其中ϕ是未定函数 . 考虑物理模拟的比例模型,设g 和k 不变,记模型和原型摆的周期、摆长、质量分别为t ,'t ;l ,'l ;m ,'m . 又)(2/12/1gm l k g l t '''='ϕ 当无量纲量l l mm '='时, 就有 ll l g g l tt '=⋅'='. 《数学模型》作业解答第三章1(2008年10月14日)1. 在3.1节存贮模型的总费用中增加购买货物本身的费用,重新确定最优订货周期和订货批量.证明在不允许缺货模型中结果与原来的一样,而在允许缺货模型中最优订货周期和订货批量都比原来结果减少.⎩⎨⎧==---22/112/112/12/1ππk g m l g tl解:设购买单位重量货物的费用为k ,其它假设及符号约定同课本.01 对于不允许缺货模型,每天平均费用为:kr rT c T c T C ++=2)(212221r c Tc dT dC+-= 令0=dTdC, 解得 r c c T 21*2= 由rT Q = , 得212c rc rT Q ==**与不考虑购货费的结果比较,T、Q的最优结果没有变.02 对于允许缺货模型,每天平均费用为:⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-++=kQ Q rT r c r Q c c T Q T C 23221)(221),(2223322221222T kQ rT Q c r c rT Q c T c T C--+--=∂∂Tk rT Q c c rT Qc Q C ++-=∂∂332 令⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=∂∂=∂∂00QCTC, 得到驻点:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+-+-+=-+=**323222233232132233221)(22c c krc c c r k c c c c c r c Q c c k c c c rc c T与不考虑购货费的结果比较,T、Q的最优结果减少.2.建立不允许缺货的生产销售存贮模型.设生产速率为常数k ,销售速率为常数r ,r k >.在每个生产周期T内,开始的一段时间()00T t <<一边生产一边销售,后来的一段时间)(0T t T <<只销售不生产,画出贮存量)(t g 的图形.设每次生产准备费为1c ,单位时间每件产品贮存费为2c ,以总费用最小为目标确定最优生产周期,讨论r k >>和r k ≈的情况.解:由题意可得贮存量)(t g 的图形如下:贮存费为 ∑⎰=→∆⋅-==∆i Ti i t TT r k c dt t g c t g c 1022022))()(limξ又 )()(00T T r T r k -=- ∴ T k r T =0 , ∴ 贮存费变为 kTT r k r c 2)(2⋅-=于是不允许缺货的情况下,生产销售的总费用(单位时间内)为kTr k r c T c kT T r k r c T c T C 2)(2)()(21221-+=-+=k r k r c Tc dT dC 2)(221-+-=. 0=dT dC令, 得)(221r k r c k c T -=* 易得函数处在*T T C )(取得最小值,即最优周期为: )(221r k r c kc T -=*rc c ,Tr k 212≈>>*时当 . 相当于不考虑生产的情况. ∞→≈*,Tr k 时当 . 此时产量与销量相抵消,无法形成贮存量.第三章2(2008年10月16日)3.在3.3节森林救火模型中,如果考虑消防队员的灭火速度λ与开始救火时的火势b 有关,试假设一个合理的函数关系,重新求解模型.解:考虑灭火速度λ与火势b 有关,可知火势b 越大,灭火速度λ将减小,我们作如下假设: 1)(+=b kb λ, 分母∞→→+λ时是防止中的011b b 而加的. 总费用函数()xc b kx b x t c b kx b t c t c x C 3122121211)1()(2)1(2+--++--++=βββββββ最优解为 []k b k c b b b c kbc x ββ)1(2)1()1(223221+++++=5.在考虑最优价格问题时设销售期为T ,由于商品的损耗,成本q 随时间增长,设t q t q β+=0)(,为增长率β.又设单位时间的销售量为)(为价格p bp a x -=.今将销售期分为T t TT t <<<<220和两段,每段的价格固定,记作21,p p .求21,p p 的最优值,使销售期内的总利润最大.如果要求销售期T 内的总售量为0Q ,再求21,p p 的最优值. 解:按分段价格,单位时间内的销售量为⎪⎩⎪⎨⎧<<-<<-=T t T bp a T t bp a x 2,20,21又 t q t q β+=0)(.于是总利润为[][]⎰⎰--+--=22221121)()()()(),(TTT dt bp a t q p dt bp a t q p p p=22)(022)(20222011T Tt t q t p bp a T t t q t p bp a ⎥⎦⎤⎢⎣⎡---+⎥⎦⎤⎢⎣⎡---ββ=)8322)(()822)((20222011T t q T p bp a T T q T p bp a ββ---+--- )(2)822(12011bp a T T T q T p b p -+---=∂∂β)(2)8322(22022bp a T T t q T p b p -+---=∂∂β 0,021=∂∂=∂∂p p 令, 得到最优价格为: ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=)43(21)4(210201T q b a b p T q b a b p ββ 在销售期T 内的总销量为⎰⎰+-=-+-=20221210)(2)()(T TT p p bTaT dt bp a dt bp a Q 于是得到如下极值问题:)8322)(()822)((),(m ax 2022201121T t q T p bp a T T q T p bp a p p ββ---+---=t s . 021)(2Q p p bTaT =+-利用拉格朗日乘数法,解得:⎪⎩⎪⎨⎧+-=--=880201TbT Q b a p T bT Q b a p ββ 即为21,p p 的最优值.第三章3(2008年10月21日)6. 某厂每天需要角钢100吨,不允许缺货.目前每30天定购一次,每次定购的费用为2500元.每天每吨角钢的贮存费为0.18元.假设当贮存量降到零时订货立即到达.问是否应改变订货策略?改变后能节约多少费用?解:已知:每天角钢的需要量r=100(吨);每次订货费1c =2500(元); 每天每吨角钢的贮存费2c =0.18(元).又现在的订货周期T 0=30(天)根据不允许缺货的贮存模型:kr rT c T c T C ++=2121)( 得:k T TT C 10092500)(++=令0=dTdC, 解得:35092500*==T 由实际意义知:当350*=T (即订货周期为350)时,总费用将最小. 又k T C 10035095025003)(*+⨯+⨯==300+100kk T C 100309302500)(0+⨯+==353.33+100k)(0T C -)(*T C =(353.33+100k )-(300+100k )32=53.33.故应改变订货策略.改变后的订货策略(周期)为T *=350,能节约费用约53.33元.《数学模型》作业解答第四章(2008年10月28日)1. 某厂生产甲、乙两种产品,一件甲产品用A 原料1千克, B 原料5千克;一件乙产品用A 原料2千克,B 原料4千克.现有A 原料20千克, B 原料70千克.甲、乙产品每件售价分别为20元和30元.问如何安排生产使收入最大? 解:设安排生产甲产品x 件,乙产品y 件,相应的利润为S 则此问题的数学模型为:max S=20x+30ys.t. ⎪⎩⎪⎨⎧∈≥≤+≤+Z y x y x y x y x ,,0,7045202这是一个整线性规划问题,现用图解法进行求解可行域为:由直线1l :x+2y=20, 2l :5x+4y =702l以及x=0,y=0组成的凸四边形区域.925002+-=TdT dC直线l :20x+30y=c 在可行域内平行移动.易知:当l 过1l 与2l 的交点时, x S 取最大值.由⎩⎨⎧=+=+7045202y x y x 解得⎩⎨⎧==510y x此时 m ax S =2053010⨯+⨯=350(元)2. 某厂拟用集装箱托运甲乙两种货物,每箱的体积、重量以及可获利润如下表:已知这两种货物托运所受限制是体积不超过24立方米,重量不超过13百斤.试问这两种货物各托运多少箱,使得所获利润最大,并求出最大利润.解:设甲货物、乙货物的托运箱数分别为1x ,2x ,所获利润为z .则问题的数学模型可表示为211020 m ax x x z +=⎪⎩⎪⎨⎧∈≥≤+≤+Z y x x x x x x x st ,,0,13522445212121这是一个整线性规划问题. 用图解法求解. 可行域为:由直线2445:211=+x x l1352:212=+x x l 及0,021==x x 组成直线 c x x l =+211020:在此凸四边形区域内平行移动.2ll1x1l2x易知:当l 过l 1与l 2的交点时,z 取最大值由⎩⎨⎧=+=+135224452121x x x x 解得 ⎩⎨⎧==1421x x90110420max =⨯+⨯=z .3.某微波炉生产企业计划在下季度生产甲、乙两种型号的微波炉.已知每台甲型、乙型微波炉的销售利润分别为3和2个单位.而生产一台甲型、乙型微波炉所耗原料分别为2和3个单位,所需工时分别为4和2个单位.若允许使用原料为100个单位,工时为120个单位,且甲型、乙型微波炉产量分别不低于6台和12台.试建立一个数学模型,确定生产甲型、乙型微波炉的台数,使获利润最大.并求出最大利润.解:设安排生产甲型微波炉x 件,乙型微波炉y 件,相应的利润为S. 则此问题的数学模型为:max S=3x +2ys.t. ⎪⎩⎪⎨⎧∈≥≥≤+≤+Z y x y x y x y x ,,12,61202410032这是一个整线性规划问题 用图解法进行求解可行域为:由直线1l :2x+3y=100, 2l :4x+2y =120 及x=6,y=12组成的凸四边形区域.直线l :3x+2y=c 在此凸四边形区域内平行移动. 易知:当l 过1l 与2l 的交点时, S 取最大值.由⎩⎨⎧=+=+1202410032y x y x 解得⎩⎨⎧==2020y x .m ax S =320220⨯+⨯=100.《数学模型》作业解答第五章1(2008年11月12日)1.对于5.1节传染病的SIR 模型,证明: (1)若处最大先增加,在则σσ1)(,10=s t i s ,然后减少并趋于零;)(t s 单调减少至.∞s(2).)()(,10∞s t s t i s 单调减少至单调减少并趋于零,则若σ解:传染病的SIR 模型(14)可写成⎪⎩⎪⎨⎧-=-=i s dtds s i dt diλσμ)1(.)(lim 0.(t) .)( .0,t 存在而单调减少知由∞∞→=∴≥-=s t s s t s dtdsi s dt ds λ.)(∞s t s 单调减少至故(1).s s(t) .s(t) .100≤∴单调减少由若σs;)(,0 .01,10单调增加时当t i dtdis s s ∴-σσ.)(,0.01,1单调减少时当t i dtdis s ∴-σσ .0)(lim .0)18(t ==∞→∞t i i 即式知又由书上.)( .0,1m i t i dtdis 达到最大值时当∴==σ(2)().0 0.1-s ,1,10 dtdit s s σσσ从而则若()().0.0lim ==∴∞∞→i t i t i t 即单调减少且4.在5.3节正规战争模型(3)中,设乙方与甲方战斗有效系数之比为.4=ba初始兵力00y x 与相同.(1) 问乙方取胜时的剩余兵力是多少,乙方取胜的时间如何确定.(2) 若甲方在战斗开始后有后备部队以不变的速率r 增援,重新建立模型,讨论如何判断双方的胜负.解:用()()t y t x ,表示甲、乙交战双方时刻t 的士兵人数,则正规战争模型可近似表示为:()()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==-=-=000,01 ,yy x x bx dtdyay dt dx现求(1)的解: (1)的系数矩阵为⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=00b a Aab ab b aA E ±=∴=-==-1,22 .0λλλλλ ⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛-1212,21,对应的特征向量分别为λλ ()()()tab t ab eC e C t y t x -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∴1212121的通解为.再由初始条件,得()()2 220000 tab tab e y x ey x t x -⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛-=又由().1aybx dx dy =可得其解为 ()3 ,202022 bx ay k k bx ay -==-而(1) ()().231000202011y a b y a bx ay ak t y t x =-=-===时,当 即乙方取胜时的剩余兵力数为.230y 又令().0222,01100001=-⎪⎭⎫⎝⎛++⎪⎭⎫⎝⎛-=t ab t ab e y x e y x t x )得由(注意到000020022,1x y y x ey x t ab -+==得. .43ln ,3121bt et ab =∴=∴ (2) 若甲方在战斗开始后有后备部队以不变的速率r 增援.则()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==-=+-=000,)0(4 yy x x bx dtdyr ay dt dx().,4rdy aydy bxdx bxray dy dx -=-+-=即得由 相轨线为,222k bx ry ay =-- .222220.020k a r bx a r y a bx ry ay k =--⎪⎭⎫ ⎝⎛---=或 此相轨线比书图11中的轨线上移了.a r 乙方取胜的条件为.,0222020a r x a b a r y k +⎪⎭⎫ ⎝⎛- 亦即 第五章2(2008年11月14日)6. 模仿5.4节建立的二室模型来建立一室模型(只有中心室),在快速静脉注射、恒速静脉滴注(持续时间为τ)和口服或肌肉注射3种给药方式下求解血药浓度,并画出血药浓度曲线的图形.解: 设给药速率为(),0t f ()()()()().,,0/t VC t x t f t kx t x k ==+则排除速率为常数(1)快速静脉注射: 设给药量为,0D 则()()().,0,0000t k e VDt C V D C t f -===解得 (2)恒速静脉滴注(持续时间为τ): 设滴注速率为()(),00,000==C k t f k ,则解得()()()()⎪⎩⎪⎨⎧-≤≤-=----τττ t e e Vkk t e Vkk t C t k kt kt,10 ,10(3) 口服或肌肉注射: ()(),解得)式节(见134.5010010tk eD k t f -=()()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=≠--=---010101001 ,,01k k te V kD k k e e k k V D k t C kt t k kt3种情况下的血药浓度曲线如下:第五章3(2008年11月18日)8. 在5.5节香烟过滤嘴模型中,(1) 设3.0,/50,08.0,02.0,20,80,80021=======a s mm b mm l mm l mg M νβ求./21Q Q Q 和(2) 若有一支不带过滤嘴的香烟,参数同上,比较全部吸完和只吸到1l 处的情况下,进入人体毒物量的区别.解)(857563.229102.07.050103.01508002.07.0502008.0/01/2毫克≈⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⨯⨯-⨯---e e e eba v aw Q v bl a vl β ()10/10==l M w 其中,()()97628571.0502002.008.0212===⨯----ee Q Q vl b β(2) 对于一支不带过滤嘴的香烟,全部吸完的毒物量为⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=-vbl a e b a v aw Q '103‘ 只吸到1l 处就扔掉的情况下的毒物量为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=--vbl a v ble e b a v aw Q 1'21'04 .256531719.1110096.0032.0012.004.0508002.03.0508002.05010002.03.05010002.043111'1'≈--=--=--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⨯⨯⨯⨯⨯⨯--e e e e e e e e e e e e e e e e Q Q v abl v bl v abl v bl v bl a v bl v bl a vbl 44.235,84.29543≈≈ QQ4.在5.3节正规战争模型(3)中,设乙方与甲方战斗有效系数之比为.4=ba初始兵力00y x 与相同.(1) 问乙方取胜时的剩余兵力是多少,乙方取胜的时间如何确定.(2) 若甲方在战斗开始后有后备部队以不变的速率r 增援,重新建立模型,讨论如何判断双方的胜负.解:用()()t y t x ,表示甲、乙交战双方时刻t 的士兵人数,则正规战争模型可近似表示为:()()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==-=-=000,01 ,yy x x bx dtdyay dt dx现求(1)的解: (1)的系数矩阵为⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=00b a A ab ab b aA E ±=∴=-==-1,22 .0λλλλλ⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛-1212,21,对应的特征向量分别为λλ ()()()tab t ab eC e C t y t x -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∴1212121的通解为.再由初始条件,得()()2 220000 tab tab e y x ey x t x -⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛-=又由().1aybx dx dy =可得其解为 ()3 ,202022 bx ay k k bx ay -==-而(1) ()().231000202011y a b y a bx ay ak t y t x =-=-===时,当 即乙方取胜时的剩余兵力数为.230y 又令().0222,01100001=-⎪⎭⎫⎝⎛++⎪⎭⎫⎝⎛-=t ab t ab e y x e y x t x )得由(注意到000020022,1x y y x ey x t ab -+==得. .43ln ,3121bt et ab =∴=∴ (2) 若甲方在战斗开始后有后备部队以不变的速率r 增援.则()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==-=+-=000,)0(4 yy x x bx dtdyr ay dt dx().,4rdy aydy bxdx bxr ay dy dx -=-+-=即得由 相轨线为,222k bx ry ay =-- .222220.020k a r bx a r y a bx ry ay k =--⎪⎭⎫ ⎝⎛---=或 此相轨线比书图11中的轨线上移了.a r 乙方取胜的条件为.,0222020a r x a b a r y k +⎪⎭⎫ ⎝⎛- 亦即《数学模型》作业解答第六章(2008年11月20日)1.在6.1节捕鱼模型中,如果渔场鱼量的自然增长仍服从Logistic 规律,而单位时间捕捞量为常数h .(1)分别就4/rN h >,4/rN h <,4/rN h =这3种情况讨论渔场鱼量方程的平衡点及其稳定状况.(2)如何获得最大持续产量,其结果与6.1节的产量模型有何不同.解:设时刻t 的渔场中鱼的数量为()t x ,则由题设条件知:()t x 变化规律的数学模型为h Nxrx dt t dx --=)1()( 记h Nxrx x F --=)1()( (1).讨论渔场鱼量的平衡点及其稳定性: 由()0=x F ,得0)1(=--h Nxrx . 即()102=+-h rx x Nr )4(42Nhr r N rh r -=-=∆ , (1)的解为:2412,1N rNhN x -±=①当4/rN h >,0<∆,(1)无实根,此时无平衡点;②当4/rN h =,0=∆,(1)有两个相等的实根,平衡点为20N x =. Nrxr N rx N x r x F 2)1()('-=--=,0)(0'=x F 不能断定其稳定性. 但0x x ∀ 及0x x 均有04)1()( rNN x rx x F --= ,即0 dtdx .∴0x 不稳定;③当4/rN h <,0>∆时,得到两个平衡点:2411N rNhN x --=, 2412N rNh N x -+=易知:21N x <, 22N x > ,0)(1'>x F ,0)(2'<x F ∴平衡点1x 不稳定,平衡点2x 稳定.(2)最大持续产量的数学模型为⎩⎨⎧=0)(..max x F t s h 即 )1(max Nxrx h -=,易得 2*0N x = 此时 4rN h =, 但2*0N x =这个平衡点不稳定.这是与6.1节的产量模型不同之处.要获得最大持续产量,应使渔场鱼量2Nx >,且尽量接近2N ,但不能等于2N .2.与Logistic 模型不同的另一种描述种群增长规律的是Gompertz 模型:()xNrx t x ln '=.其中r 和N 的意义与Logistic 模型相同.设渔场鱼量的自然增长服从这个模型,且单位时间捕捞量为Ex h =.讨论渔场鱼量的平衡点及其稳定性,求最大持续产量m h 及获得最大产量的捕捞强度m E 和渔场鱼量水平*0x .解:()t x 变化规律的数学模型为()Ex xNrx dt t dx -=ln 记 Ex xNrx x F -=ln)( ① 令()0=x F ,得0ln =-Ex xNrx ∴r ENe x -=0,01=x .∴平衡点为1,0x x . 又 ()E r xNr x F --=ln',()()∞=<-=1'0',0x F r x F . ∴ 平衡点o x 是稳定的,而平衡点1x 不稳定.②最大持续产量的数学模型为:⎪⎩⎪⎨⎧≠=-=.0,0ln ..max x Ex x N rx t s Ex h 由前面的结果可得 rE ENeh -=r Er Ee r EN Ne dE dh ---=,令.0=dEdh 得最大产量的捕捞强度r E m =.从而得到最大持续产量e rN h m /=,此时渔场鱼量水平eNx =*0. 3.设某渔场鱼量)(t x (时刻t 渔场中鱼的数量)的自然增长规律为:)1()(Nxrx dt t dx -= 其中r 为固有增长率,`N 为环境容许的最大鱼量. 而单位时间捕捞量为常数h .10.求渔场鱼量的平衡点,并讨论其稳定性;20.试确定捕捞强度m E ,使渔场单位时间内具有最大持续产量m Q ,求此时渔场鱼量水平*0x . 解:10.)(t x 变化规律的数学模型为h Nxrx dt t dx --=)1()( 记h N x rx x f --=)1()(,令 0)1(=--h N x rx ,即02=+-h rx x Nr ----(1))4(42Nhr r N rh r -=-=∆ , (1)的解为:2412,1N rNhN x -±=① 当0 ∆时,(1)无实根,此时无平衡点;Ex()x f② 当0=∆时,(1)有两个相等的实根,平衡点为20Nx =. Nrx r N rx N x r x f 2)1()('-=--= ,0)(0'=x f 不能断定其稳定性. 但0x x ∀ 及0x x 均有04)1()( rN N x rx x f --= ,即0 dt dx∴0x 不稳定;③ 当0 ∆时,得到两个平衡点:2411rNhN N x --=, 2412rNh N N x -+=易知 21N x, 22N x ∴0)('1 x f , 0)('2 x f ∴平衡点1x 不稳定 ,平衡点2x 稳定.20.最大持续产量的数学模型为: ⎩⎨⎧=0)(..max x f t s h即 )1(max N x rx h -=, 易得 2*0N x = 此时 4rN h =,但2*0N x =这个平衡点不稳定. 要获得最大持续产量,应使渔场鱼量2N x ,且尽量接近2N ,但不能等于2N.《数学模型》第七章作业(2008年12月4日)1.对于7.1节蛛网模型讨论下列问题:(1)因为一个时段上市的商品不能立即售完,其数量也会影响到下一时段的价格,所以第1+k 时段的价格1+k y 由第1+k 和第k 时段的数量1+k x 和k x 决定,如果仍设1+k x 仍只取决于k y ,给出稳定平衡的条件,并与7.1节的结果进行比较.2.已知某商品在k 时段的数量和价格分别为k x 和k y ,其中1个时段相当于商品的一个生产周期.设该商品的需求函数和供应函数分别为)(k k x f y =和)2(11-++=k k k y y g x .试建立关于商品数量的差分方程模型,并讨论稳定平衡条件.3. 已知某商品在k 时段的数量和价格分别为k x 和k y ,其中1个时段相当于商品的一个生产周期.设该商品的需求函数和供应函数分别为)2(11kk k x x f y +=++和)(1k k y g x =+.试建立关于商品数量的差分方程模型,并讨论稳定平衡条件.《数学模型》作业解答第七章(2008年12月4日)2. 对于7.1节蛛网模型讨论下列问题:(1)因为一个时段上市的商品不能立即售完,其数量也会影响到下一时段的价格,所以第1+k 时段的价格1+k y 由第1+k 和第k 时段的数量1+k x 和k x 决定,如果仍设1+k x 仍只取决于k y ,给出稳定平衡的条件,并与7.1节的结果进行比较.(2)若除了1+k y 由1+k x 和k x 决定之外,1+k x 也由前两个时段的价格k y 和1-k y 确定.试分析稳定平衡的条件是否还会放宽.解:(1)由题设条件可得需求函数、供应函数分别为:⎪⎩⎪⎨⎧=+=+++)()2(111k k k k k y h x x x f y 在),(000y x P 点附近用直线来近似曲线h f ,,得到⎪⎩⎪⎨⎧>-=->-+-=-+++)2( 0, )()1( 0),2(0010101 ββααy y x x x x x y y k k k k k 由(2)得 )3( )(0102 y y x x k k -=-++β(1)代入(3)得 )2(0102x x x x x kk k -+-=-++αβ 0012222 x x x x x k k k αβαβαβ+=++∴++对应齐次方程的特征方程为 02 2=++αβαβλλ特征根为48)(22,1αβαβαβλ-±-=当8≥αβ时,则有特征根在单位圆外,设8<αβ,则248)()4(2222,1αβαβαβαβλ=+-+= 2 12,1<⇔<∴αβλ即平衡稳定的条件为2 <αβ与207P 的结果一致.(2)此时需求函数、供应函数在),(000y x P 处附近的直线近似表达式分别为:⎪⎩⎪⎨⎧>-+=->-+-=--+++)5( 0 , )2()4( 0),2(01010101 ββααy y y x x x x x y y k k k k k k 由(5)得,)( ) y y y β(y )x (x k k k 62010203 -+-=-+++ 将(4)代入(6),得 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+--+-=-++++)2()2()(20101203x x x x x x x x k k k k k ααβ 001234424 x x x x x x k k k k αβαβαβαβ+=+++∴+++对应齐次方程的特征方程为(7) 024 23=+++αβαβλαβλλ 代数方程(7)无正实根,且42 ,αβαβ---, αβ不是(7)的根.设(7)的三个非零根分别为321,,λλλ,则⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-==++-=++424321133221321αβλλλαβλλλλλλαβλλλ 对(7)作变换:,12αβμλ-=则,03=++q p μμ其中 )6128(41 ),122(412233322αββαβαβααβ+-=-=q p 用卡丹公式:⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧+--+++-=+--+++-=+--+++-=33233223332233223323321)3()2(2)3()2(2)3()2(2)3()2(2)3()2(2)3()2(2p q q w p q q w p q q w p q q w pq q p q q μμμ 其中,231i w +-=求出321,,μμμ,从而得到321,,λλλ,于是得到所有特征根1<λ的条件.2.已知某商品在k 时段的数量和价格分别为k x 和k y ,其中1个时段相当于商品的一个生产周期.设该商品的需求函数和供应函数分别为)(k k x f y =和)2(11-++=k k k y y g x .试建立关于商品数量的差分方程模型,并讨论稳定平衡条件.解:已知商品的需求函数和供应函数分别为)(k k x f y =和)2(11-++=k k k y y g x . 设曲线f 和g 相交于点),(000y x P ,在点0P 附近可以用直线来近似表示曲线f 和g :0,)(00 ααx x y y k k --=- ----------------------(1)0,)2(0101 ββy y y x x k k k -+=--+ --------------------(2) 从上述两式中消去k y 可得,2,1,)1(22012=+=++++k x x x x k k k αβαβαβ, -----------(3) 上述(3)式是我们所建立的差分方程模型,且为二阶常系数线性非齐次差分方程. 为了寻求0P 点稳定平衡条件,我们考虑(3)对应的齐次差分方程的特征方程:022=++αβαβλλ容易算出其特征根为48)(22,1αβαβαβλ-±-=---------------(4) 当αβ 8时,显然有448)(22αβαβαβαβλ----= -----------(5) 从而2λ 2,2λ在单位圆外.下面设8 αβ,由(5)式可以算出 22,1αβλ=要使特征根均在单位圆内,即2,1λ1 ,必须 2 αβ.故0P 点稳定平衡条件为 2 αβ.3. 已知某商品在k 时段的数量和价格分别为k x 和k y ,其中1个时段相当于商品的一个生产周期.设该商品的需求函数和供应函数分别为)2(11kk k x x f y +=++和)(1k k y g x =+.试建立关于商品数量的差分方程模型,并讨论稳定平衡条件. 解:已知商品的需求函数和供应函数分别为)2(11kk k x x f y +=++和)(1k k y g x =+. 设曲线f 和g 相交于点),(000y x P ,在点0P 附近可以用直线来近似表示曲线f 和g :0,)2(0101 ααx x x y y kk k -+-=-++ --------------------(1) 0,)(001 ββy y x x k k -=-+ --- ----------------(2)由(2)得 )(0102y y x x k k -=-++β --------------------(3) (1)代入(3),可得)2(0102x x x x x kk k -+-=-++αβ∴ ,2,1,2220012=+=++++k x x x x x k k k αβαβαβ, --------------(4) 上述(4)式是我们所建立的差分方程模型,且为二阶常系数线性非齐次差分方程. 为了寻求0P 点稳定平衡条件,我们考虑(4)对应的齐次差分方程的特征方程:022=++αβαβλλ容易算出其特征根为48)(22,1αβαβαβλ-±-=---------------(4) 当αβ≥8时,显然有448)(22αβαβαβαβλ-≤---= -----------(5) 从而2λ 2,2λ在单位圆外.下面设8 αβ,由(5)式可以算出 22,1αβλ=要使特征根均在单位圆内,即2,1λ1 ,必须 2 αβ.故0P 点稳定平衡条件为 2 αβ.《数学模型》作业解答第八章(2008年12月9日)1. 证明8.1节层次分析模型中定义的n 阶一致阵A 有下列性质: (1) A 的秩为1,唯一非零特征根为n ; (2) A 的任一列向量都是对应于n 的特征向量. 证明: (1)由一致阵的定义知:A 满足ik jk ij a a a =⋅,n k j i ,,2,1,, =于是对于任意两列j i ,,有ij jkika a a =,()n k ,,2,1 =.即i 列与j 列对应分量成比例. 从而对A 作初等行变换可得:∆⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡−−−→−00000011211 n b b b A 初等行变换B 这里0≠B .()1=∴B 秩,从而秩()1=A再根据初等行变换与初等矩阵的关系知:存在一个可逆阵P ,使B PA =,于是∆⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡==--0000001121111 n c c c BP PAP C 易知C 的特征根为0,,0,11 c (只有一个非零特征根).又A ~C ,A ∴与C 有相同的特征根,从而A 的非零特征根为11c ,又 对于任意矩阵有()n a a a A Tr nn n =+++=+++==+++111221121 λλλ.故A 的唯一非零特征根为n .(2)对于A 的任一列向量()Tnk k k a a a ,,,21 ,()n k ,,2,1 =有()()T nk k k nk k k n j nkn j k n j k n j jk nj n j jk j n j jk j Tnk k k a a a n na na na a a a a a a a a a a a a A ,,,,,,2121112111121121 =⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=∑∑∑∑∑∑======A ∴的任一列向量()Tnk k k a a a ,,,21 都是对应于n 的特征向量.7. 右下图是5位网球选手循环赛的结果,作为竞赛图,它是双向连通的吗?找出几条完全路径,用适当方法排出5位选手的名次.解:这个5阶竞赛图是一个5阶有向Hamilton 图.其一个有向Hamilton 圈为332541→→→→→.所以此竞赛图是双向连通的.32154→→→→13542→→→→42135→→→→→→→41325→等都是完全路径.此竞赛图的邻接矩阵为⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=0011110100000010110001010A令()Te 1,1,1,1,1=,各级得分向量为()()TAe S 3,2,1,2,21==, ()()()TAS S 5,4,2,3,412==,()()()TAS S 9,7,4,6,723== , ()()()TAS S 17,13,7,11,1334==由此得名次为5,1(4),2,3 (选手1和4名次相同).注:给5位网球选手排名次也可由计算A 的最大特征根λ和对应特征向量S 得到:8393.1=λ,()TS 2769.0,2137.0,1162.0,1794.0,2137.0=数学模型作业(12月16日)解答1.基于省时、收入、岸间商业、当地商业、建筑就业等五项因素,拟用层次分析法在建桥梁、修隧道、设渡轮这三个方案中选一个,画出目标为“越海方案的最优经济效益”的层次结构图.解:目标层准则层方案层2.简述层次分析法的基本步骤. 问对于一个即将毕业的大学生选择工作岗位的决策问题要分成哪3个层次?具体内容分别是什么?答:层次分析法的基本步骤为:(1).建立层次结构模型;(2).构造成对比较阵;(3).计算权向量并做一致性检验;(4).计算组合权向量并做组合一致性检验. 对于一个即将毕业的大学生选择工作岗位的决策问题,用层次分析法一般可分解为目标层、准则层和方案层这3个层次. 目标层是选择工作岗位,方案层是工作岗位1、工作岗位2、工作岗位3等,准则层一般为贡献、收入、发展、声誉、关系、位置等.3.用层次分析法时,一般可将决策问题分解成哪3个层次?试给出一致性指标的定义以及n 阶正负反阵A 为一致阵的充要条件.答:用层次分析法时,一般可将决策问题分解为目标层、准则层和方案层这3个层次; 一致性指标的定义为:1--=n nCI λ.n 阶正互反阵A 是一致阵的充要条件为:A 的最大特征根λ=n .第九章(2008年12月18日)1.在1.9节传送带效率模型中,设工人数n 固定不变.若想提高传送带效率D,一种简单的方法是增加一个周期内通过工作台的钩子数m ,比如增加一倍,其它条件不变.另一种方法是在原来放置一只钩子的地方放置两只钩子,其它条件不变,于是每个工人在任何时刻可以同时触到两只钩子,只要其中一只是空的,他就可以挂上产品,这种办法用的钩子数量与第一种办法一样.试推导这种情况下传送带效率的公式,从数量关系上说明这种办法比第一种办法好.解:两种情况的钩子数均为m 2.第一种办法是m 2个位置,单钩放置m 2个钩子;第二种办法是m 个位置,成对放置m 2个钩子.① 由1.9节的传送带效率公式,第一种办法的效率公式为⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--=nm n m D 21112 当mn2较小,1 n 时,有()m n m n n m n m D 41181211122--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-+--≈E D -=1 , mnE 4≈② 下面推导第二种办法的传送带效率公式:对于m 个位置,每个位置放置的两只钩子称为一个钩对,考虑一个周期内通过的m 个钩对.任一只钩对被一名工人接触到的概率是m1; 任一只钩对不被一名工人接触到的概率是m11-;记mq m p 11,1-==.由工人生产的独立性及事件的互不相容性.得,任一钩对为空的概率为nq ,其空钩的数为m 2;任一钩对上只挂上1件产品的概率为1-n npq ,其空钩数为m .所以一个周期内通过的m 2个钩子中,空钩的平均数为 ()1122--+=⋅+⋅n n n nnpq q m npqm q m于是带走产品的平均数是 ()122-+-n n npqq m m , 未带走产品的平均数是 ()()122-+--n n npq q m m n )∴此时传送带效率公式为()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛--=+-=--1111112222'n n n n m m n m n m n npq q m m D ③ 近似效率公式:由于 ()()()321621121111m n n n m n n m n m n----+-≈⎪⎭⎫ ⎝⎛- ()()2112211111mn n m n m n --+--≈⎪⎭⎫ ⎝⎛-- ∴ ()()26211'm n n D ---≈当1 n 时,并令'1'D E -=,则 226'mn E ≈ ④ 两种办法的比较:由上知:mnE 4≈,226'm n E ≈∴ m n E E 32/'=,当n m 时,132 mn, ∴ E E '. 所以第二种办法比第一种办法好.《数学模型》作业解答第九章(2008年12月23日)一报童每天从邮局订购一种报纸,沿街叫卖.已知每100份报纸报童全部卖出可获利7元.如果当天卖不掉,第二天削价可以全部卖出,但报童每100份报纸要赔4元.报童每天售出的报纸数r 是一随机变量,其概率分布如下表:试问报童每天订购多少份报纸最佳(订购量必须是100的倍数)? 解:设每天订购n 百份纸,则收益函数为⎩⎨⎧≤--+=n r n nr r n r r f 7))(4(7)( 收益的期望值为G(n) =∑=-n r r P n r 0)()411(+∑∞+=1)(7n r r P n现分别求出 n =5,4,3,2,1,0时的收益期望值. G(0)=0;G(1)=4-×0.05+7×0.1+7×(0.25+0.35+0.15+0.1)=6.45; G(2)= (05.08⨯-25.0141.03⨯+⨯+))1.015.035.0(14++⨯+8.11=; G(3)=(05.012⨯-35.02125.0101.01⨯+⨯+⨯-))1.015.0(21+⨯+4.14= G(4)=(05.016⨯-15.02835.01725.061.05⨯+⨯+⨯+⨯-)1.028⨯+15.13=G(5)=05.020⨯-1.03515.02435.01325.021.09⨯+⨯+⨯+⨯+⨯- 25.10= 当报童每天订300份时,收益的期望值最大.数模复习资料第一章。
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> chisq.test(x,correct = FALSE)
Pearson's Chi-squared test
data: x
X-squared = 37.9488, df = 1, p-value = 7.263e-10
> chisq.test(x)
Pearson's Chi-squared test with Yates' continuity correction
(2)当两组疗法的方差未知时;
建立如下的模型:
可以得出对应的R程序分析
补充铁剂疗法:
> x<-c(113,120,138,120,100,118,138,123)
> y<-c(138,116,125,136,110,132,130,110)
> var.test(x,y)
F test to compare two variances
alternative hypothesis: two-sided
警告信息:
In ks.test(x, "pnorm", mean = mean(x), sd = sqrt(var(x))) :
Kolmogorov - Smirnov检验里不应该有连结
程序运行结果表明,p-value为0.9229>0.05,可以认为检验数据来自正态分布的总体。
x<-c(113,126,145,158,160,162,164,175,183,188,188,190,220,224,230,231,238,245,247,256)
> n<-length(x)
> x.sd<-sd(x)
> x.mean<-mean(x); x.mean
[1] 192.15
> x.var<-sum((x-x.mean)^2)/n; x.var
4.假设实验III
解:二项分布总体的假设检验
令 H0:P=P0=14.7%,H1:P≠14.7%
> binom.test(57,400,p=0.147)
Exact binomial test
data: 57 and 400
number of successes = 57, number of trials = 400, p-value = 0.8876
因为 检验要求在分组后,每组中的频数至少要大于等于5,而后两组中出现的频数是1,0,均小于5。
> Z<-c(92,68,28,12)
> n<-length(Z); p<-p[1:n-1]; p[n]<-1-q[n-1]
> chisq.test(Z,p=p)
Chi-squared test for given probabilities
3.假设实验II
解(1)当两方差相同时 可以得出如下的
均值差 的置信度为 的双侧置信区间为:
可以得到如下的R程序:
> x<-c(113,120,138,120,100,118,138,123)
> y<-c(138,116,125,136,110,132,130,110)
> t.test(x,y,var.equal=TRUE)
> x<-c(113,120,138,120,100,118,138,123)
> ks.test(x,"pnorm",mean=mean(x),sd=sqrt(var(x)))
One-sample Kolmogorov-Smirnov test
data: x
D = 0.1944, p-value = 0.9229
饮食疗法:
> y<-c(138,116,125,136,110,132,130,110)
> ks.test(x,"pnorm",mean=mean(x),sd=sqrt(var(x)))
One-sample Kolmogorov-Smirnov test
data: x
D = 0.1944, p-value = 0.9229
第六章.数理统计实验
6.2基本实验
1.区间估计
解:(1)由点估计与参数估计未知参数 和σ^2,可以求出均值与方差;
由题目条件可以得出如下的R程序:
> x<-c(1067,919,1196,785,1126,936,918,1156,920,948)
> n<-length(x)
> x.sd<-sd(x)
-16.164884 9.414884
sample estimates:
mean of x mean of y
121.250 124.625
可以得知饮食疗法与补充铁剂疗法的均值差 的置信度为 的双侧置信区间为[-16.164884,9.414884]。因为0在置信区间内(或者因为p-value=0.5248>0.05),所以可以认为实验组与对照组的均值没有显著差异。
Chi-squared test for given probabilities
data: c(315, 101, 108, 32)
X-squared = 0.47, df = 3, p-value = 0.9254
程序运行结果表明,p-value=0.9254>0.05,可以认为此结果是符合自由组合规律的。
0.1425
程序运行结果表明,p-value=0.8876>0.05,所以接受原假设,认为该市老年人口比重为14.7%。
5.分步检验I
解:由题黄圆:黄皱:绿圆:绿皱= : : :
此问题可以用Pearson拟合优度 检验,令:
> chisq.test(c(315,101,108,32),p=c(9,3,3,1)/16)
问题分析:通过Kolmogorov-Smirnov检验来检验:
> x<-c(113,120,138,120,100,118,138,123)
> y<-c(138,116,125,136,110,132,130,110)
> ks.test(x,y)
Two-sample Kolmogorov-Smirnov test
Two Sample t-test
data: x and y
t = -0.566, df = 14, p-value = 0.5804
alternative hypothesis: true difference in means is not equal to 0
95 percent confidence interval:
alternative hypothesis: two-sided
警告信息:
In ks.test(x, "pnorm", mean = mean(x), sd = sqrt(var(x))) :
Kolmogorov - Smirnov检验里不应该有连结
程序运行结果表明,p-value为0.9229>0.05,可以认为检验数据来自正态分布的总体。
data: Z
X-squared = 0.9113, df = 3, p-value = 0.8227
由此可以得知p-value = 0.8227>>0.1,因此,能认为每分钟顾客人数X服从Poisson分布。
7.列联表检验I
解:对此作2x2列联表作独立性检验;
可以得出如下的R程序:
> x<-c(358,229,2492,2745)
0.2458103 6.1327511
sample estimates:
ratio of variances
1.2278
程序运行结果表明,饮食疗法与补充铁剂疗法的方差比置信度为0.95的置信区间为[0.2458103,6.1327511];因为1在置信区间内,故认为实验组与对照组的方差是相同的。
(3)由成对数据模型,可以得出如下的问题分析:
95 percent confidence interval:
0.04624382 5.13272210
sample estimates:
odds ratio
0.521271பைடு நூலகம்
可得p-value=0.6372>>0.05,由区间估计[0.04624382,5.13272210]得到的区间包含1,说明两个变量是独立的,即认为两组产品的工艺总体合格率无差别。
data: x
X-squared = 37.4143, df = 1, p-value = 9.552e-10
由以上程序运行结果可以得知:
p-value = 7.263e-10和p-value = 9.552e-10均小于0.05也就是说使用胎儿电子监测仪对剖腹产率有影响。
8.列联表检验II
解:由题可以得出用fisher.test()函数可以作fisher精确独立性检验R程序:
+ p[i]<-q[i]-q[i-1]
> chisq.test(Y,p=p)
Chi-squared test for given probabilities
data: Y
X-squared = 2.1596, df = 5, p-value = 0.8267
警告信息:
In chisq.test(Y, p = p) : Chi-squared近似算法有可能不准
(2)当使用时间至少为1000小时:查阅标准正态分布表
可以得出对应的概率为1-Ф( )=1-Ф( )=1-Ф(0.02324)=1-0.5106=0.4894