1、为什么要学习数学建模?
(1)顺应时代发展的潮流
(2)符合教育改革的需要
2、怎样学习数学建模?
数学建模能力的培养
3、数学模型的历史由来已久
欧几里得,《几何原本》,光反射定律
阿基米德,浮力定律,杠杆原理
伽利略,落体定律,惯性原理
牛顿,万有引力,微积分
直到20世纪后半叶,数学建模才逐渐得到普遍重视和广泛应用,并且进入大学的课堂。
4、科学进步和社会发展的推动
(1)计算机技术的出现和迅速发展,为数学建模的应用提供了强有力的工具。
(2)高新技术中,数学建模与科学计算是必不可少的手段,数学科学是关键的、普遍的、可应用的技术。
(3)数学迅速进入一些诸如经济、生态、人口、地质扥领域,为数学建模开拓了许多新的处女地。
(4)数学建模引入教学顺应了时代发展的潮流。
5、为教育改革注入了强大的活力
(1)数学教育本质是一种素质教育
(2)数学教育应培养两种能力:算数学(计算、推导、证明...)和用数学(分析、解决实际问题)。
(3)传统的数学教学体系和内容偏重算数学,忽略用数学
(4)解决方法:参加将数学应用于实际的尝试,参与发现和创造的过程。
6、数学建模引入教学符合教育改革的需要
7、数学建模进入大学课堂的时间
(1)20世纪60--70年代数学建模进入西方国家的大学
(2)国内最早是1983年开设该课程
(3)姜启源编的《数学模型》是国内第1本教材(1987年)
(4)目前国内已有千所以上的高校开设各种类型的数学建模课程或讲座
(5)数学建模课程的宗旨:引起注意、激发兴趣、介绍方式、培养能力
8、怎么学习数学建模?
(1)数学建模与其说是一门技术,不如说是一门艺术。技术大致有章可循,艺术无法归纳成普遍适用的准则。
(2)数学建模能力的培养:①想象力②洞察力③判断力④创新意识
(3)学习数学建模的途径
①学习、分析、评价、改进别人做过的模型
②亲自动手、认真做几个实际题目
9、例子:椅子放稳模型
(1)问题:在不平的地面上椅子通常三只脚着地,导致放不稳。什么条件下才能让椅子四只脚着地,从而放稳。
(2)模型假设:椅子四腿一样长,椅脚与地面点接触,四脚连线呈正方形。地面高度连续变化,可视为数学上的连续曲面。地面相对平坦,椅子在任意位 置至少三只脚着地。
模型建立:
(1)椅子位置:利用正方形(椅脚连线)的对称性。
用角度表示椅子的位置。
(2)四只脚着地:椅脚与地面距离为零,距离是的函数
正方形ABCD绕O点旋转,四个距离(四只脚)根据对称性,简化为两个距离。
A、C两脚与地面的距离之和为:
B、D两脚与地面距离之和为:
(3)①地面为连续曲面:则、是连续函数
②椅子在任意位置至少三只脚着地:则对任意,、至少有一个为0
③椅子旋转90°,对角线AC和BD互换:
(4)已知:、连续,对任意,,且
(5)要求证明:存在,使得
(6)模型求解:一种简单的证明方法
①令则
②由、连续可得连续
③根据连续函数的基本性质,必定存在使得即
④因为,所以
10、对建模过程的分析和思考
(1)建模的关键是什么?
用变量表示椅子的位置,用、表示椅脚与地面的距离。
(2)模型假设中哪些条件是本质的,哪些是非本质的?
①地面高度连续 是本质的
②椅子至少三只脚着地 是本质的
③椅脚连线呈正方形 非本质的,椅脚连线呈长方形、呈圆形也可以
(3)建模过程是否有不严谨之处?
椅子的旋转轴在哪里?它在旋转过程中怎样变化?
注意培养数学建模的意识、方法和能力。
11、内容小结
(1)对为什么学以及怎样学数学建模有初步的了解。
(2)数学建模引入大学教学是推动科技进步、社会发展和教育改革的需要。
(3)学习数学建模,既要勤于思考别人的模型,更要用于动手做自己的模型。