數(shù)學(xué)建模題目與答案

1、WORD09級(jí)數(shù)模試題1. 把四只腳的連線呈長(zhǎng)方形的椅子往不平的地面上一放，通常只有三只腳著地，放不穩(wěn)，然后稍微挪動(dòng)幾次，就可以使四只腳同時(shí)著地，放穩(wěn)了。試作合理的假設(shè)并建立數(shù)學(xué)模型說(shuō)明這個(gè)現(xiàn)象。（15分）解：對(duì)于此題，如果不用任何假設(shè)很難證明，結(jié)果很可能是否定的。因此對(duì)這個(gè)問題我們假設(shè) ：（1）地面為連續(xù)曲面 （2）長(zhǎng)方形桌的四條腿長(zhǎng)度一樣（3）相對(duì)于地面的彎曲程度而言，方桌的腿是足夠長(zhǎng)的（4）方桌的腿只要有一點(diǎn)接觸地面就算著地。那么，總可以讓桌子的三條腿是同時(shí)接觸到地面?，F(xiàn)在，我們來(lái)證明：如果上述假設(shè)條件成立，那么答案是肯定的。以長(zhǎng)方桌的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)作直角坐標(biāo)系如圖所示，方桌的四條腿分別

2、在A、B、C、D處，A、B,C、D的初始位置在與x軸平行，再假設(shè)有一條在x軸上的線ab,則ab也與A、B，C、D平行。當(dāng)方桌繞中心0旋轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)角線 ab與x軸的夾角記為。容易看出，當(dāng)四條腿尚未全部著地時(shí)，腿到地面的距離是不確定的。為消除這一不確定性，令 為A、B離地距離之和，為C、D離地距離之和，它們的值由唯一確定。由假設(shè)（1），,均為的連續(xù)函數(shù)。又由假設(shè)（3），三條腿總能同時(shí)著地， 故=0必成立（）。不妨設(shè),g（若也為0，則初始時(shí)刻已四條腿著地，不必再旋轉(zhuǎn)），于是問題歸結(jié)為：已知,均為的連續(xù)函數(shù)，,且對(duì)任意有，求證存在某一，使。證明：當(dāng)=時(shí)，AB與CD互換位置，故，。作，顯然，也是的連續(xù)函數(shù)

3、，而，由連續(xù)函數(shù)的取零值定理，存在，使得，即。又由于，故必有，證畢。 2.學(xué)校共1000名學(xué)生，235人住在A宿舍，333人住在B宿舍，432人住在C宿舍。學(xué)生 們要組織一個(gè)10人的委員會(huì)，試用合理的方法分配各宿舍的委員數(shù)。（15分）解：按各宿舍人數(shù)占總?cè)藬?shù)的比列分配各宿舍的委員數(shù)。設(shè)：A宿舍的委員數(shù)為x人，B宿舍的委員數(shù)為y人，C宿舍的委員數(shù)為z人。計(jì)算出人數(shù)小數(shù)點(diǎn)后面的小數(shù)部分最大的整數(shù)進(jìn)1，其余取整數(shù)部分。則x+y+z=10； x/10=235/1000； y/10=333/1000； z/10=432/1000；，x,y,z為正整數(shù)；解得：x=3 y=3 z=43.一飼養(yǎng)場(chǎng)每天投入5元

4、資金用于飼料、設(shè)備、人力，估計(jì)可使一頭80公斤重的生豬每 天增加2公斤。目前生豬出售的市場(chǎng)價(jià)格為每公斤8元，但是預(yù)測(cè)每天會(huì)降低0.1元，問該場(chǎng)應(yīng)該什么時(shí)候出售這樣的生豬可以獲得最大利潤(rùn)。（15分）解：設(shè)在第t天出售這樣的生豬（初始重80公斤的豬）可以獲得的利潤(rùn)為z元。每頭豬投入：5t元產(chǎn)出：（8-0.1t）（80+2t）元利潤(rùn)：Z = 5t +（8-0.1t）（80+2t）=-0.2 t2 + 13t +640 =-0.2（t2-65t+4225/4）+3405/4當(dāng)t=32或t=33時(shí)，Zmax=851.25(元)因此，應(yīng)該在第32天過后賣出這樣的生豬，可以獲得最大利潤(rùn)。4. 一奶制品加工廠

5、用牛奶生產(chǎn)A1，A2兩種奶制品，1桶牛奶可以在設(shè)備甲上用12小時(shí)加工成3公斤A1，或者在設(shè)備乙上用8小時(shí)加工成4公斤A2。根據(jù)市場(chǎng)需求，生產(chǎn)的A1，A2全部能售出，且每公斤A1獲利24元，每公斤A2獲利16元?，F(xiàn)在加工廠每天能得到50桶牛奶的供應(yīng)，每天工人總的勞動(dòng)時(shí)間為480小時(shí)，并且設(shè)備甲每天至多能加工100公斤A1，設(shè)備乙的加工能力沒有限制。（1）試為該廠制訂一個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃，使每天獲利最大。（2）33元可買到1桶牛奶，買嗎？（3）若買，每天最多買多少?（4）可聘用臨時(shí)工人，付出的工資最多是每小時(shí)幾元? (5)A1的獲利增加到30元/公斤，應(yīng)否改變生產(chǎn)計(jì)劃？（15分）解：設(shè)：每天生產(chǎn)將x桶牛奶

6、加工成A1，y桶牛奶加工成A2，所獲得的收益為Z元。 加工每桶牛奶的信息表:產(chǎn)品A1A2所需時(shí)間12小時(shí)8小時(shí)產(chǎn)量3公斤4公斤獲利/公斤24元16元(1) x+y<=50Z=24*3x + 16*4y=72x+64y解得， 當(dāng) x=20，y=30時(shí)， Zmax=3360元?jiǎng)t此時(shí)，生產(chǎn)生產(chǎn)計(jì)劃為20桶牛奶生產(chǎn)A1，30桶牛奶生產(chǎn)A2。（2）設(shè)：純利潤(rùn)為W元。W=Z-33*(x+y)=39x+31y=3360-33*50=1710(元)>0則，牛奶33元/桶 可以買。(3)若不限定牛奶的供應(yīng)量，則其優(yōu)化條件變?yōu)椋?W=39x+31y解得，當(dāng)x=0，y=60時(shí) ， Wmax=1860元?jiǎng)t

7、最多購(gòu)買60桶牛奶。(4) 若將全部的利潤(rùn)用來(lái)支付工人工資，設(shè)工資最高為n元。 n=Wmax/480=3.875（元）(5)若A1的獲利為30元，則其優(yōu)化條件不變。Z1=90x+64y解得， 當(dāng)x=0，y=60時(shí)，Z1max=3840（元）因此，不必改變生產(chǎn)計(jì)劃。5. 在冷卻過程中，物體的溫度在任何時(shí)刻變化的速率大致正比于它的溫度與周圍介質(zhì)溫度之差，這一結(jié)論稱為牛頓冷卻定律，該定律同樣用于加熱過程。一個(gè)煮硬了的雞蛋有98，將它放在18的水池里，5分鐘后，雞蛋的溫度為38，假定沒有感到水變熱，問雞蛋達(dá)到20，還需多長(zhǎng)時(shí)間?（15分）解：題意沒有感到水變熱，即池水中水溫不變。設(shè):雞蛋的溫度為T，溫

8、度變化率就是 dT/dt 其中t為時(shí)間，水的溫度為T1，則雞蛋與水溫差為 T-T1由題意有： T- T1=kdT/dt (其中k為比例常數(shù)) (1)方程(1)化為 ： dt=kdT/（T- T1） （2）對(duì)（2）兩邊同時(shí)積分之后并整理一下就得到： t=k*ln（T- T1）+C則k*ln（98-18）+ C=05=k*ln（38-18）+c t1=k*ln(20-18)+c-k*ln(38-18)+c=8.3（min）所以，還需8.3（min）。6. 報(bào)童每天清晨從報(bào)社購(gòu)進(jìn)報(bào)紙零售，晚上將沒有賣完的報(bào)紙退回。設(shè)每份報(bào)紙的購(gòu)進(jìn)價(jià)為，零售價(jià)為，退回價(jià)為，應(yīng)該自然地假設(shè)。這就是說(shuō)，報(bào)童售出一份報(bào)紙賺

9、，退回一份報(bào)紙賠。報(bào)童如果每天購(gòu)進(jìn)的報(bào)紙?zhí)?，不夠賣的，會(huì)少賺錢；如果購(gòu)進(jìn)太多，賣不完，將要賠錢。請(qǐng)你為報(bào)童籌劃一下，他應(yīng)該如何確定每天購(gòu)進(jìn)報(bào)紙的數(shù)量，以獲得最大的收入。（15分）解：設(shè)：報(bào)紙具有時(shí)效性每份報(bào)紙進(jìn)價(jià)b元，賣出價(jià)a元，賣不完退回份報(bào)紙c元。設(shè)每日的訂購(gòu)量為n，如果訂購(gòu)的多了，報(bào)紙剩下會(huì)造成浪費(fèi)，甚至陪錢。訂的少了，報(bào)紙不夠賣，又會(huì)少賺錢。為了獲得最大效益，現(xiàn)在要確定最優(yōu)訂購(gòu)量n。n的意義。n是每天購(gòu)進(jìn)報(bào)紙的數(shù)量，確定n一方面可以使報(bào)童長(zhǎng)期以擁有一個(gè)穩(wěn)定的收入，另一方面也可以讓報(bào)社確定每日的印刷量，避免紙浪費(fèi)。所以，筆者認(rèn)為n的意義是雙重的。本題就是讓我們根據(jù)a、b、c與r來(lái)確定每

10、日進(jìn)購(gòu)數(shù)n?；炯僭O(shè)1、假設(shè)報(bào)童現(xiàn)在要與報(bào)社簽定一個(gè)長(zhǎng)期的訂購(gòu)合同，所以要確定每日的訂購(gòu)量n。2、假設(shè)報(bào)紙每日的需求量是r，但報(bào)童是一個(gè)初次涉足賣報(bào)行業(yè)的菜鳥，毫無(wú)經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法掌握需求量r的分布函數(shù),只知道每份報(bào)紙的進(jìn)價(jià)b、售價(jià)a與退回價(jià)c。3、假設(shè)每日的定購(gòu)量是n。4、報(bào)童的目的是盡可能的多賺錢。建立模型應(yīng)該根據(jù)需求量r確定需求量n，而需求量r是隨機(jī)的，所以這是一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)決策問題。而報(bào)童卻因?yàn)樽陨淼木窒?，無(wú)法掌握每日需求量的分布規(guī)律，已確定優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)。但是要得到n值，我們可以從賣報(bào)紙的結(jié)果入手，結(jié)合r與n的量化關(guān)系，從實(shí)際出發(fā)最終確定n值。由常識(shí)可以知道賣報(bào)紙只有賺錢、不賺錢不賠錢、賠錢

11、會(huì)有三種結(jié)果?，F(xiàn)在用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)式表示這三種結(jié)果。1、賺錢。賺錢又可分為兩種情況:r>n，則最終收益為(a-b)n                   (1)r<n，則最終收益為(a-b)r-(b-c)(n-r)>0      整理得：r/n>(b-c)/(a-c)     &

12、#160;      (2)2、由(2)式容易得出不賺錢不賠錢。                    r/n=(b-c)/(a-c)         (3)3、賠錢。       

13、;             r/n<(b-c)/(a-c)         (4)模型的求解首先由(1)式可以看出n與最終的收益呈正相關(guān)。收益越多，n的取值越大。但同時(shí)訂購(gòu)量n又由需求量r約束，不可能無(wú)限的增大。所以求n問題就轉(zhuǎn)化成研究r與n的之間的約束關(guān)系。然后分析(3)、(4)兩式。因?yàn)?3)、(4)分別代表不賺錢不賠錢與賠錢兩種情況，而我們確定n值是為了獲得最大收益

14、，所以可以預(yù)見由(3)、(4)兩式確立出的n值不是我們需要的結(jié)果，所以在這里可以排除，不予以討論。最后重點(diǎn)分析(2)式。顯然式中r表需求量，n表訂購(gòu)量，(b-c)表示退回一份兒報(bào)紙賠的錢。因?yàn)?a-c)無(wú)法表示一個(gè)顯而易見的意義，所以現(xiàn)在把它放入不等式中做研究。由a>b>c,可得a-c>a-b，而(a-b)恰好是賣一份報(bào)紙賺得的錢。然后采用放縮法，把(2)式中的(a-c)換成(a-b)，得到r/n<(b-c)/(a-b)          (5)不等式依然成立。由(5)式

15、再結(jié)合(1)式可知收益與n正相關(guān)，所以要想使訂購(gòu)數(shù)n的份數(shù)越多，報(bào)童每份報(bào)紙賠錢(b-c)與賺錢(a-b)的比值就應(yīng)越小。當(dāng)報(bào)社與報(bào)童簽訂的合同使報(bào)童每份報(bào)紙賠錢與賺錢之比越小，訂購(gòu)數(shù)就應(yīng)越多。7. 談?wù)勀銓?duì)數(shù)學(xué)建模的認(rèn)識(shí)，你認(rèn)為數(shù)學(xué)建模過程中哪些步驟是關(guān)鍵的。（10分） 簡(jiǎn)單地說(shuō)：數(shù)學(xué)模型就是對(duì)實(shí)際問題的一種數(shù)學(xué)表述。 具體一點(diǎn)說(shuō)：數(shù)學(xué)模型是關(guān)于部分現(xiàn)實(shí)世界為某種目的的一個(gè)抽象的簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。 更確切地說(shuō)：數(shù)學(xué)模型就是對(duì)于一個(gè)特定的對(duì)象為了一個(gè)特定目標(biāo)，根據(jù)特有的在規(guī)律，做出一些必要的簡(jiǎn)化假設(shè)，運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具，得到的一個(gè)數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)可以是數(shù)學(xué)公式，算法、表格、圖示等。 數(shù)學(xué)建模就是建立數(shù)學(xué)模型，建立數(shù)學(xué)模型的過程就是數(shù)學(xué)建模的過程（見數(shù)學(xué)建模過程流程圖）。 數(shù)學(xué)建模是一種數(shù)學(xué)的思考方法，是運(yùn)用數(shù)學(xué)的語(yǔ)言和方法，通過抽象、簡(jiǎn)化建立能近似刻畫并"解決"實(shí)際問題的一種強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)手段。數(shù)學(xué)建模的幾個(gè)過程 1 模型準(zhǔn)備：了解問題的實(shí)際背景，明確其實(shí)際意義，掌握對(duì)象的各種信息。用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)描述問題。 2 模型假設(shè)：根據(jù)實(shí)際對(duì)象的特征和建模的目的，對(duì)問題進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化，