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1、人口統(tǒng)計(jì)模型人口統(tǒng)計(jì)模型(1): 某城市1990年的人口密度近似為。 表示距市中心 r 公里區(qū)域內(nèi)的人口數(shù),單位為每平方公里10萬人.試求距市中心2km區(qū)域內(nèi)的人口數(shù);人口統(tǒng)計(jì)模型(2): 若人口密度近似為(單位不變),試求距市中心2km區(qū)域內(nèi)的人口數(shù)。設(shè)表示t時(shí)刻某城市的人口數(shù).假設(shè)人口變化動(dòng)力學(xué)受下列兩條規(guī)則的影響:(1) t時(shí)刻凈增人口以每年r(t)的比率增加;(2) 在一段時(shí)期內(nèi),比如說從到,由于死亡或遷移,時(shí)刻的人口數(shù)的一部分在時(shí)刻仍然存在, 我們用來表示,是這段時(shí)間的長度.試建立在任意時(shí)刻t人口規(guī)模的模型.如果,2000年時(shí)該城市的人口數(shù)為,試預(yù)測(cè)2010年時(shí)該城市的人口數(shù). 根據(jù)
2、兩種模型的不同,分別取距離微元和時(shí)間微元,建立人口統(tǒng)計(jì)的積分模型,然后用定積分的換元法和分部積分法求解. 第一步:(I) 假設(shè)我們從城市中心畫一條放射線,把這條線上從0到2之間分成 n 個(gè)小區(qū)間,每個(gè)小區(qū)間的長度為.每個(gè)小區(qū)間確定了一個(gè)環(huán),如下圖所示. 讓我們估算每個(gè)環(huán)內(nèi)的人口數(shù)并把它們相加,就得到了總?cè)丝跀?shù).第j個(gè)環(huán)的面積為:在第 j 個(gè)環(huán)內(nèi),人口密度可看成數(shù),所以此環(huán)內(nèi)的人口數(shù)近似為:第二步:距市中心2km區(qū)域內(nèi)的人口數(shù)近似為: 所以人口數(shù): 第三步: (1) 當(dāng) 時(shí), 距市中心2km區(qū)域內(nèi)的人口數(shù)大約為229 100. (2) 當(dāng) 時(shí), 距市中心2km區(qū)域內(nèi)的人口數(shù)大約為1 160 200. 第四步:(II) 數(shù)學(xué)建模:我們把的時(shí)間區(qū)間分成n等分,每個(gè)小區(qū)間的長度為.初始時(shí)刻的人數(shù)為,到時(shí)刻將只剩下.當(dāng)很小時(shí),從時(shí)刻到,凈增人口的比率近似為常數(shù).這段時(shí)期凈增的人口數(shù)近似為.時(shí)刻到內(nèi)凈增加的人口到時(shí)刻只剩下.所以在時(shí)刻的總?cè)丝跀?shù)近似為:當(dāng)無限增大時(shí), (1)第五步:將及,代入(1)式得 1990年時(shí)該城市大約有人口1 280萬. 人口統(tǒng)計(jì)模型(I)中兩個(gè)人口密度和有一個(gè)共同特點(diǎn),即隨著r的增大,減少,這是符合實(shí)際的.另外,需要指出的是,當(dāng)人口密度選取不同的模式時(shí),
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