司马迁发愤写史记-
数学模型姜启源第四版答案
【篇一:姜启源数学模型课后答案(3版)】
t>第二章(1)(2008年9月16日)
1. 学校共1000名学生,2 35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,
3
p1?235,p2?333,p3?432, ?pi?1000.
i?1
方法一(按比例分配)
q1?
p1n
3
?2.35,q2?
p2n
3
?3.33, q3?
p3n
3
?4.32
?
i?1
pi
?
i?1
pi
?
i?1
pi
分配结果为: n1?3, n2?3, n3?4 方法二(q值方法)
9个席位的分配结果(可用按比例分配)为:
n1?2,n2?3, n3?4
第10个席位:计算q值为 q1?
235
2
2?3
?9204.17, q2?
333
2
3?4
?9240.75, q3?
432
2
4?5
?9331.2
q3最大,第10个席位应给c.分配结果为 n1?2,n2?3,n3?5
方法三(d’hondt方法)
此方法的分配结果为:n1?2,n2?3,n3?5
此方法的道理是:记pi和ni为各 宿舍的人数和席位(i=1,2,3代表
a、b、c宿舍).
pini
pini
pini
是
每席位代表的人数,取ni?1,2,?,从而得到的近.
中选较大者,可使对所有的i,尽量接
再考虑n?15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
vdt?(r?wkn)2?kdn,两边积分, 得 ?vdt?2?k?(r?wkn)dn
t
n
n
2
2
) ?t?
2?rkv
n?
?wkv
2
n.
2
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? ,用
量纲分析方法确定风车
获得的功率p与v、s、?的关系.
解: 设p、v、s、?的关系为f(p,v,s,?)?0, 其量纲表达式为:
[p]=ml2t?3, [v]=lt
量纲矩阵为:
?2?1????3(p)
10?1(v)
200(s)
?3?(l)
?
1(m)? ?0?(t)(?
?1
,[s]=l2,[?]=ml?3,这里l,m,t是基本量纲.
a=
齐次线性方程组为:
?2y1?y2?2y3?3y4?0?
?0 ?y1?y4
??3y?y?012?
它的基本解为y?(?1,3,1,1)
由量纲pi定理得 ??p?1v3s1?1,?p??v3s1?1 , 其中?是无量纲
常数. 1 6.雨滴的速度v与空气密度?、粘滞系数?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,?,?,g 的关系为f(v,?, ?,g)=0.其量纲表达式为[v]=lm0t-1,
[?]=l-3mt0,[?]=mlt-2( lt-1l-1)-1l-2=mll-2t-2t=l-1mt-1,
[g]=lm0t-2,其中l ,m,t是基本量纲.
量纲矩阵为
?1
?0?a=???1
(v)
?310(?)
?11?1(?)
1?(l)
?
0(m)? ?2?(t)?(g)
齐次线性方程组ay=0 ,即
? y1-3y2-y3?y4?0
?
?0 ?y2?y3
?-y-y-2y?0
34?1
的基本解为y=(-3 ,-1 ,1 ,1) 由量纲pi定理 得 ??v?
*
?3
?1
?g. ?v???g?
,其中?是无量纲常数.
16.雨滴的速度v与空气密度?、粘滞系数?、特征尺寸?和重力加
速度g有关,其中粘
< br>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,?,?,?,g 的关系为f(v,?,?,?,g)?0.其量纲表达式为
[v]=lmt,[?]=lmt,[?]=mlt(ltl)l=mlltt=lmt,[?]=lmt ,[g]=lmt
其中l,m,t是基本量纲. 量纲矩阵为
?1
?0a=?
???1
(v)
100(?)
?310(?)
?11?1(?)
1?(l)
?
0(m)? ?2?(t)?(g)
-1
-3
-2
-1-1
-1
-2
-2-2
-1
-1
00
0-2
齐次线性方程组ay=0 即
?y1?y2?3y3?y4?y5?0
?
y3?y4?0 ?
??y1?y4?2y5?0?
的基本解为
?
?y1?(1,??
?y2?(0,??
)2 1
,?1,1,?)22231,0,0,?
1
得到两个相互独立的无量纲量
??1?v??12g?12
??32?1?12
??g??2??
即 v?
?g?1,
?
32
?g
12
?
?1
??2. 由?(?1,?2)?0 , 得 ?1??(?2)
32
?1
?1
? ??g?(?
?g
12
?
?1
) , 其中?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
f(t,l,m,g,k)?0
其量纲表达式为:
[t]?lmt,[l]?lmt,[m]?lmt,[g]?lmt
?2
,[k]?[f][v]
?1
?mlt
?2
(lt
?1
)
?1
?lmt
0?1
, 其中l,m,t是基本量纲.
量纲矩阵为
?0?0a=?
??1
100
010
10?2
0?(l)
?
1(m)? ??1?(t)
(t)(l)(m)(g)(k)
齐次线性方程组
y2?y4?0?
?
y3?y5?0 ?
?y?2y?y?0
45?1
的基本解为
11?
y?(1,?,0,,0)?1
22 ?
11
?y2?(0,,?1,?,1)
22?
得到两个相互独立的无量纲量
?tl?12g12??1
?12?1?12
k??2
?lmg
∴t?
lg
?1, ?1??(?2), ?2?
klmg
1212
klmg
1212
∴t?
lg
() ,其中?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
l?g
kl?
1212
t,t
;l,l;m,m. 又t??
(
m?g
)
当无量纲量
m?m
?
l?l
时, 就有
t?t
?
l?g
?
gl
?
l?l
.
《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.
【篇二:数学建模陈东彦版课后答案】
t>2.9-3.7 3.6-5.144.1-7.14.4-7.35.9-11.1 5.1-9.1 6.5-4.7 6.10-4.14
第1章 建立数学模型
1.1 在稳定的椅子问题中,如设椅子的四脚连线呈长方形,结论如何?(稳定的椅子问题见姜启源《数学模型》第6页)
1.2 在商人们安全过河问题 中,若商人和随从各四人,怎样才能安全
过河呢?一般地,有n名商人带n名随从过河,船每次能渡k人 过
河,试讨论商人们能安全过河时,n与k应满足什么关系。(商人们
安全过河问题见姜启源《 数学模型》第7页)
1.3 人、狗、鸡、米均要过河,船需要人划,另外至多还能载一物 ,
而当人不在时,狗要吃鸡,鸡要吃米。问人、狗、鸡、米怎样过河?
1.4 有 3对夫妻过河,船至多载两人,条件是任一女子不能在其丈
夫不在的情况下与其他的男子在一起。问怎样 过河?
1.5 如果银行存款年利率为5.5%,问如果要求到2010年本利积累
为100000元,那么在1990年应在银行存入多少元?而到2000年
的本利积累为多少元?< br>
1.6 某城市的logistic模型为
dndt?125n?1
25?10
6n2,如果不考虑该市的流动人口的影响以及非正常死亡。设该市
1990
年人口总数为8000000人,试求该市在未来的人口总数。当t??时
发生什么情况。
1.7 假设人口增长服从这样规律:时刻t的人口为x(t),最大允许人
口为xm,t到 t??t时间内人口数量与xm?x(t)成正
比。试建立模型并求解,作出解的图形并与指数增长模型和阻滞增
长模型的结果进行比较。
1.8 一昼夜有多少时刻互换长短针后仍表示一个时间?如何求出这些
时间?
1.9 你在十层楼上欲乘电梯下楼,如果你想知道需要等待的时间,请
问你需要有哪些信息 ?如果你不愿久等,则需要爬上或爬下几个楼
层?
1.10 居民的用水来自一个 由远处水库供水的水塔,水库的水来自降
雨和流入的河流。水库的水可以通过河床的渗透和水面的蒸发流 失。
如果要你建立一个数学模型来预测任何时刻水塔的水位,你需要哪
些信息?
第2章 初等模型
2.1 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)2.1节中的q值方法.
(3)d’hondt方法: 将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
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. 2.2 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想象了吗.比如
洁银牙膏50克装的每支1.50元,120克装的 每支3.00元,二者单位的
重量的价格比是1.2:1,试用比例方法构造模型解释这个现象.
(1)分析商品的价格c与商品重量w的关系.价格由生产成
本、包装成本 和其它成本等决定,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减小的程度变小。解释实际意义是什么。
2.3 一垂钓俱乐部鼓励垂钓者将钓 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与测量,请你设计按照测量的长度估计鱼的重量的方法。假设鱼池中只有一种鲈鱼,并且
得到了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。 2.4用已知尺寸的 矩
形板材加工一定的圆盘,给出几种简便、有效的排列方法使加工出
尽可能多的圆盘。
2.5雨滴匀速下降,空气阻力与雨滴表面积和速度平方的乘积成正比,
试确定雨速与雨滴质 量的关系。
2.6生物学家认为,对于休息状态的热血动物消耗的能量主要用于维
持体温,能量与从心脏到全身的血流量成正比,而体温主要通过身
体表面散失,建立一个动物体重与心率 之间关系的模型,并用下面
的数据加以检验。
2.7 举重比赛按照运动员的体重分 组,你能在一些合理、简化的假设下
建立比赛成绩与体重之间的关系吗。下面是一界奥运会竞赛的成绩,
可供检验你的模型。
2.8 速度为v的风吹在迎风面积s为的风车上,空气密度是
?。用量纲分析方法确定风车获得的功率p与v,s,?的关系。
2.9 雨速的速度v与 空气密度?、粘滞系数?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力与< br>
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。
2.10 原子弹爆炸时巨大的能量从爆炸点以冲击波形式向四周传播。据分析在时刻t冲击波达到的半径r与释放能量e,大气密度?,大
气压强p有关(设t?0时r? 0)。用量纲分析方法
?et2
证明,r?????
?????p5t6?????e2?3???
,?是未定函数。 2.11 用量纲分析方法研究人体浸在匀速流动的水
里时损失
的热量。记水的流速v,密度 ?,比热c,粘性系数?,热传导系数k,
人体尺寸d。证明人体与水的热交换系数h与上述各物理量的 关系可
表为h?
kd????v?d??,?c?
k???
,?是未定函数,h定义为单位时间内人体的单位面积在人体与水的
温差为1?
c时的热量交换。
2.12 在小说《格里佛游记》中,小说国中的人们决定给格里佛相当 与
一个小人食量1728倍的食物.他们是这样推理的,因格里佛身高是小
人的12倍.他的体 格是小人的123?1728倍.所以他需要的食物是一
个小人的食量的1728倍.为什么他们的推理 是错误的?正确的答案是
什么?
2.13 战后olympic运动会女子铅球记录如下:
你是否可以从这些数据中预测2000年的奥运会女子铅球的最佳
成绩.
第3章 简单的优化模型
3.1 在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定货批量都比原来结果减
少。
3.2 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,k?r在每个生产周期t内,开始的一段时间 (0?t?t0)
一边生产一边销售,后来的一段时间(t0?t?t)只销售不生产,画出贮
存量q(t)的图形。设每次生产准备费为c1,单位时间每件产品贮存
费为c2,以总费用最小为目标 确定最优生产周期。讨论k??r和k?r
的情况。
3.3 在3.3节森林救火 模型中,如果考虑消防队员的灭火速度?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。
3.4 在雨中从一处沿直线跑道另一处,若雨速为常数且方向不变。 试
建立数学模型讨论是否跑的越快,淋雨量越少。将人体简化成一个
长方体,高a?1.5m( 颈部以下),宽b?0.5m,厚
c?0.2m,设跑步距离d?1000m,跑步最大速度vm?5ms,
雨速u?4ms,降雨量w?2cmh,记跑步速度为v。按以下
步骤进行讨论:
(1)不考虑雨的方向,设降雨淋遍全身,以最大速度跑步,估计跑
完全程的总淋雨量。
(2)雨从迎面吹来,雨线与跑步方向在同一平面内,
且与人体的夹角为?,如图1,建立总淋雨量与速度v及参数a,
b,c,d,u,w,?之间的关系,问速度v多大,总淋雨量
最少。计算??0?,??30?
时的总淋雨量。
(3)雨从背后吹来,雨线方向与跑步方向在同一平面内,且
与人体的夹角为?,如图2。建立总淋雨量与速度v及参数a,
b,c,d,u,w,?之间的关系,问速度v多大,总淋雨量最少。
计算??30?
时总淋雨量。
(4)以总淋雨量为纵轴,速度v为横轴,对(3)作图(考 虑?的影
响),并解释结果的实际意义。
(5)若雨线方向与跑步方向不在同一平面内,模型会有什 么变化。
图1
图2
3.5 甲乙两公司通过广告来竞争销售商品的数量,广告费分别是x
和y。设甲乙公司商品的售量在两公司总售量中占的份额,是它们的
广告费在总广告中所占份的函数f (
xx?y)和f(yx?y
)。又设公司的收入与售量成正比,从收入中扣除广告费即为公司的
利润。试构造模型的图形,并讨论甲公司怎样确定广告费才能使
利润最大。
(1)令t?x
x?y
,则f(t)?f(1?t)?1。画出f(t)的示意图。
(2)写出甲公司利润的表达 式p(x)。对于一定的y,使p(x)最大的
x的最优值应满足什么关系。用图解法确定这个最优值。 3.6 人行走
时作的功是抬高人体重心所需势能与两腿运动所需动能之和。试建
立模型讨论在 作功最小的准则下每秒走几步最合适(匀速行走)。
(1)设腿长l,步长s,证明人体重心在行走时升高
??s2l(s?l)
(2)将腿看作均匀直杆,行走看作腿绕腰部的转动。设腿的质量
m,行走速度v,证明单位 时间所需动能为mv2s。
(3)设人体质量m,证明在速度v一定时每秒行走 n?
3mg
4ml
步作功最小。mm?4,l?1m分析这个结果合理吗。
(4)将(2)的假设修改为:腿 的质量集中在脚部,行走看作脚的
直线运动。证明结果应为n?
mg
4ml
步。分析这个结果合理。
3.7 驶于河中的渡轮 ,它的行驶方向要受水流的影响。船在河的位置
不同,所受到水流的影响也不同。试设计一条使渡轮到达 对岸时间
最短的航线。
3.8 发电站的设计者们在堰坝上安装水轮机,当潮水通过堰
3.9 别为p,q室(如图所示)少应宽多少?
3.10 程中鱼类选择的消耗能量最小的运动方式。
(1)设鱼总是以常速v运动,鱼在水中净重w ,向下滑行时的阻力
是w在运动方向的分力;向上游动时所需的力是w在运动方向分力
与游动所 受阻力之和,而游动的阻力是滑行阻力的k倍,水平方向
游动时阻力也是滑行阻力的k倍,写出这些力。
(2)证明当鱼要从a点到达处于同一水平线上的b点时(见下
图),沿折线ac b运动消耗的能量与沿水平线ab运动消耗的能量之
比为(向下滑行不消耗能量)ksin??sin?
ksin(???)
。
(3)根据实际观察 c tan??0.2,试对不同
的k值(1.5,2,3), 根据消耗能量最小的准则 估计最佳的?值。
b
【篇三:作业1数学建模,姜启源版】
、实验目的与要求
掌握运用软件求解动态系统模型,通过研究散点图得 到动态系统的
内在性质和长期趋势。通过对数据进行处理,归纳出动态系统模型。
1、 用excel对数据进行处理,建立动态系统模型并且进行验证; 2、
用excel画散点图,对动态系统模型解的长期趋势进行分析; 3、
用excel求解动态系统模型并估计均衡点; 4、 用excel分析多元
动态系统模型。 二、实验内容
example 1.1 p9 研究课题第一题
随 着汽油价格的上涨,今年你希望买一辆新的(混合动力)汽车。
你把选择范围缩小到以下几种车型:20 07toyota camry混合动力汽
车 2007saturn混合动力汽车 2007honda civic混合动力汽车
2007nissan altima 混合动力汽车2007mercury mariner混合动力
汽车。每年公司都向你提供如下的“优 惠价”。你有能力支付多达60
个月的大约500美元的月还款。采用动力系统的方法来确定你可以买那种新的混合动力系统汽车。
bn+1= bn+0.0595bn-6000
b0=21045
bn+1= bn+0.055bn-6000 b0=22850
bn+1= bn+0.0625bn-6000 b0=25450
bn+1= bn+0.06bn-6000 b0=26015
bn+1= bn+0.059bn-6000 b0=23900
excel操作步骤:
1.打开excel表格,输入如下表格::
2.用智能标识把月份从0拉到5:
3.在b5 输入= b4+0.0595b4-6000,回车后下拉即可可到序列
b=(16297.18, 11266.86, 5937.238,?)。同理在d,f,h,j行输入,得到
如下表格:
(2)选中c1到d9的数据,建立散点图,得到honda civic表:
(3)选中e1到f9的数据,建立散点图,得到toyota camry表
(4)选中g1到h9的数据,建立散点图,得到mariner表
(5)选中i1到j9的数据,建立散点图,得到altima表
由图可知:saturn表的线最早与x轴相交,故我们可以得出应当购
买saturn公司的汽车。 example 1.2p16 习题第二题
下列数据表示从1790到2000年的美国人口数据
来测试你的模型。 解答如下:
首先均差计算公式可得下列差分表
固以怪之矣-
老羞成怒-
无机盐的作用-
那组词-
建设中国特色社会主义总布局-
画蛇添足造句-
负责英文-
驰骋的意思-
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