建立数学模型 “巧解”应用题

来源 :新校园·理论(上旬刊) | 被引量 : 0次 | 上传用户:allenchang98
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   数学应用题的文字叙述长,数量关系分散而难以把握。因此,在平时的解题训练中,加强阅读理解能力的培养与提高就显得尤为重要。解答数学应用题的关键有两点:一是认真读题,缜密审题,确切理解题意,明确问题的实际背景,然后进行科学的抽象、概括,将实际问题归纳为相应的数学问题;二是要合理选取参变数,设定变元后,就要寻找它们之间的内在联系,选用恰当的代数式表示问题中的关系,建立相应的函数、方程、不等式、三角等数学模型;最终求解数学模型,使实际问题获解。一般的解题程序是:
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   应用题经常涉及物价、路程、产值、环保等实际问题,也可涉及角度、面积、体积、造价的最优化问题。解决这类问题的关键是建立相关的数学模型,然后应用函数、方程、数列、不等式、三角的有关知识加以综合解答。
   题型一:分段函数模型
   一辆汽车在某路段中的行驶速度与时间的关系如下图所示。
   (1)求图中阴影部分面积,并说明所求面积的实际意义;
   (2)假设这辆汽车的里程表在汽车行驶这段路程前的读数为2004km,试建立汽车行驶这段里程时汽车里程表读数s与时间t的函数解析式,并作出相应图像。
   解:(1)阴影部分的面积为:50×1+80×1+90×1+75×1+65×1=360,阴影部分的面积表示汽车在这5小时内的行驶路程为360km。
   (2)根据图,有s=50t+2004,0≤t<1,80(t-1)+2054,1≤t<2,90(t-2)+2134,2≤t<3,75(t-3)+2224,3≤t<4,65(t-4)+2299,4≤t<5.
   ■
   这个函数的图像如上图所示。
   解题回顾:在解决实际问题过程中,函数图像能够发挥很好的作用,因此我们应该注意提高读图的能力。
   题型二:分式函数模型
   如下图,一书页的面积为600cm2,要求书页的上方空出2cm的边,下边、左边、右边都空出1cm的边。为使中间文字部分的面积最大,这页书的宽与长分别应该是多少?并指出文字部分面积的最大值。
   解:设这页书的长为xcm,则宽为■cm。
   文字部分的长为(x-3)cm,宽为(■-2)cm。
   文字部分面积为y=(x-3)(■-2)=606-2(x+■)
   ∵x>0,∴x+■≥60.
   606-2(x+■)≤486,其中等号在x=30时成立。
   这页书的长宽分别为30cm、20cm时文字部分面积最大,最大面积为486cm2。
   解题回顾:解本题的关键有两点:(1)建立适当的目标函数(即将实际问题数字化);(2)用所学的不等式知识求出面积最大值。
   题型三:二次函数模型
   某桶装水经营部每天的房租、人员工资固定成本为200元,每桶水的进价是5元。销售单价与日均销售量的关系如下表所示:
  ■
   请根据以上数据作出分析,这个经营部如何定价才能获得最大利润?
   解:根据表中数据,销售单价每增加1元,日均销量减少40桶。设在进价基础上增加x元后,日均销售利润为y元,在此情况下的日均销售量就为480-40(x-1)=520-40x(桶)
   由于x>0,且520-40x>0,即0   于是可以得y=(520-40x)x-200=-40x2+520x-200,0   易知,当x=6.5时y有最大值。
   所以,只需将销售单价定为11.5元,就可获得最大利润。
   解题回顾:这是一道通过表格提供具体信息的实际问题,解题时要仔细阅读观察表格所提供的信息内容,找出有价值的信息(即销售单价每增加1元,日均销量就减少40桶),建立出适当的数学模型。
   题型四:含无理函数的模型
   如下图,100公里路长的铁路线AB之旁的C处有一个工厂,与铁路的垂直距离为20公里,由铁路上的B处向工厂提供原料,公路与铁路每吨公里的货物运价比为5:3,为节约运费,在铁路的D处修一货物转运站,沿CD修一公路,为了使原料从B处运至工厂C处的运费最省,D点应选在何处?
   ■
   解1:设AD为x公里,铁路上每吨公里的运费为3k,公路上每吨公里的运费为5k,记B到C的运费为y,
   则y=5k■+3k(100-x),■=5■-3x(0≤x≤100)。
   令■=t,得(t+3x)2=25(400+x2),
   即16x2-6tx+10000-t2=0,
   又△=36t2-64(10000-t2)≥0,
   得|t|≥80.即当t=80时,x=15,此时y≥300k+80k=380k有最小值,即当点D取距A点15公里时,总运费最省。
   解2:设∠ADC=α,总运费y=5k·■+3k(100-■)=20k(■)+300k
   故只要求出μ=■(0<α<■)的最小值。
   令tan■=t,μ=■=■=4t+■≥4(t>0),即t=■,μ≥4
   μmin=4,有sinα=■,tanα=■,得AD=15.
   即当点D取距A点15公里时,总运费最省。
   解题回顾:引入的参数不同,对应的数学模型就不同。求函数最小值时,解2要比解1简便,所以选择参数更加重要。
   题型五:指数函数模型
   某地区不同身高的未成年男性的体重平均值如下表:
  ■
  ■
   (1)根据上表提供的数据,能否建立适当的函数模型,使它能比较近似地反映这个地区未成年男性体重ykg与身高xcm的函数关系?试写出这个函数模型的解析式;
   (2)若体重超过相同身高男性体重平均值的1.2倍为偏胖,低于0.8倍为偏瘦,那么这个地区一身高为175cm,體重为78kg的在校男生的体重是否正常?
   解:(1)以身高为横坐标,画出散点图,根据这些点的分布情况,可以考虑用这一函数模型来近似刻画这个地区未成年男性体重y与身高x的函数关系。
   取其中两组数据(70,7.90),(160,47.25),带入y=a·bx,得7.9=a·b7047.25=a·b160,解得a≈2,b≈1.02.
   这样我们就得到一个函数模型:y=2×1.02x,将已知数据带入上述解析式,可以发现,这个函数模型与已知数据的拟合程度较好,这说明它能够较好地反应这个地区未成年男性体重与身高的关系。
   (2)将x=175带入y=2×1.02x,得y=2×1.02175,解得y≈63.98.
   由于78÷63.98≈1.22>1.2,所以,该男生偏胖。
   解题回顾:函数模型不是确定的,需要我们去探索、去尝试,找到合适的模型,其解题思路一般为:(1)做散点图;(2)选择函数模型:一般是根据散点图的特征,联想哪些具有类似图像特征的函数,找出几个比较接近的函数模型尝试;(3)求出函数模型:求出(2)中找到的几个函数模型的解析式;(4)检验:将(3)中求出的几个函数模型进行比较、验证,得出最合适的函数模型;(5)利用所求出的函数模型解决问题。
   数学模型是数学知识与数学应用的桥梁,研究和学习数学模型,能帮助学生探索数学的应用,产生对数学学习的兴趣,培养学生的创新意识和实践能力,加强数学建模教学与学习对学生的智力开发具有深远的意义。
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