应用性问题中常见的数学建模

宋娜 曹占营

摘 要：本文紧扣数学建模，努力让学生学会从实际问题中获取信息，建立数学模型，分析问题与解决问题，明确数学建模和应用性问题教学的意义与中学应用性问题与数学建模的教学的基本原则.

关键词：应用性问题；数学建模；数学教学

一、应用性问题与数学建模的教学的基本原则

着重发展学生能力，特别是应用能力，包括：计算、推理、空间想象以及辨明关系、形式转化、驾驭计算工具、查阅文献、口头和书面的分析与交流。

强调计算工具的使用：不仅在计算过程中，而且在猜想、探索、争辨、发现、模拟、证明、作图、检验中使用。

强调学生的积极性与主动性：教师不应只是讲演或者总是正确的指导者，还可以扮演不同的角色：问原因，找漏洞，督促学生弄清楚，说明白，完成进度.评判学生工作及成果的价值、意义、优劣，鼓励学生有创造新的想法和做法。

结合学生实际水平，分层次逐步推进，结合正常教學的教材内容，结合正常的课堂教学在部分环节切入应用和建模内容。

二、应用性问题中常见的建模

随着教育改革的深入，新的课程标准的出台，强调了知识的应用，数学源于实际问题的应用题骤增，因而探讨这类问题的解法具有重要的现实意义，数学建模就是将具有实际意义的应用问题，通过数学抽象转化为数学模型，以求得问题的解决。实际问题是复杂多变的，数学建模较多的是探索性和创造性，但是数学应用性问题常见的建模方法还是有规律可以归纳总结的。

（一）建立几何模型。诸如台风、航海、三角测量、边角余料加工、工程定位、拱桥计算、皮带传动、坡比计算，作物栽培等传统的应用问题，涉及一定圆形的性质，常需要建立相应的几何模型，转化为几何或三角函数问题求解。

例1 足球赛中，一球员带球沿直线L逼近球门AB，在什么地方起脚射门最为有利。

分析 这是几何定位问题，画出示意图，如图1：根据常识，起脚射门的最佳位置P应该是直线L上对AB张角最大的点，此时进球的可能性最大，问题转化为在直线l上求点P，使∠APB最大，为此过A、B两点作圆与直线L相切，切点P即为所求，当直线L垂直线段AB时，易知P点离球门越近，起脚射门越有利，可见“临门一脚”的功夫现应包括选取起脚射门的最佳位置。

（二）建立方程模型。例2 如下左图：某小区规划在长为40M，宽为26M的矩形场地ABCD上修建三条同样宽的甬道，使其中两条与AB平行，其余部分种草.若使每一块草坪的面积为144M，求甬道的宽度。

分析 如上右图：作整体思考，设甬道的宽度为xm，则问题转化为：求方程（40-2x）（26-x）=6×144的解，解得x=2、x=44（不合题意舍去）。

（三）建立直角坐标系与函数模型。当变量的变化具有近似函数关系，或物体运动的轨迹具有某种规律时，可通过建立平面直角坐标系，转化为函数图象问题讨论。

例3 有一批1米长的合金钢材，现要截成长为27cm和13cm两种规格，用怎样的方案截取使材料利用率为最高？并求出材料最高利用率。

分析 作出直线 ■+■=12图象，确定与直线最近的整数点（4，2），则4×13+2×27=98，即截4段13cm，2段2cm，材料利用率为98%。

（四）建立不等式模型。对现实生活中广泛存在的不等量关系：如投资决策等可挖掘实际问题隐含的数量关系，转化为不等式组的求解，目标函数在闭区间的最佳问题。

例4 某工厂有甲、乙两种产品按计划每天各生产不少于15吨，已知生产甲产品1吨需要煤9吨，电力4kw，劳力3个（按工作日计算），生产乙产品1吨需要煤4吨，电力5kw，劳力10个；甲产品美吨价7万元，乙产品每吨价12万元。如果每天用煤量不得超过300吨，电力不得超过200kw，劳力只有300个，问每天各生产甲、乙两种产品多少吨，才能保证即完成生产任务，又能为国家创造更多得财富？

分析 设每天生产甲产品x吨、乙产品y吨，总产值为S万元，依题意约束条件为■

目标函数为S=7x+12y。解方程组■

故当x=20，y=24时，Smax=7×20+12×24=428（万元）.

答：每天生产甲产品20吨，乙产品24吨，这样即保证完成任务，又能为国家创造更多的财富428万元。

参考文献：

[1] 李大潜.数学建模与素质教育[J]. 中国大学教学，2002，9（10）：33.

[2] 兰永胜主编.数学思想方法与建模技巧[M].华东师范大学出64.