内容正文:
第三章 数学建模活动(二)
数学·必修 第二册 (配BSD版)
第三章 数学建模活动(二)
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§1 建筑物高度的测量
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学业标准 学科素养
运用所学知识解决实际测量的高度问题,掌握数学建模活动的完整过程.(重点、难点) 通过数学建模活动,培养数学知识应用能力和创新意识,提升数学建模核心素养.
第三章 数学建模活动(二)
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(一)数学建模活动示例
对现实问题进行数学抽象,用数学语言表达问题、用数学方法构建模型解决问题就是数学建模.数学建模过程主要包括:在实际情境中从数学的视角发现问题、提出问题,分析问题、建立模型,确定参数、计算求解,验证结果、改进模型,最终解决实际问题.
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下面给出测量建筑物高度的建模过程
1.发现问题、提升问题
在测量工作中,经常会遇到不方便直接测量的情形.例如,如图1所示故宫角楼的高度,因为顶端和底部都不便到达,所以不能直接测量.
图1
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假设给你米尺和测量角度的工具,你能在故宫角楼对面的岸边得出角楼的高度吗?如果能,写出你的方案,并给出有关的计算方法;如果不能,说明理由.
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2.分析问题、建立模型
图1中角楼的高度问题可以转化为用米尺与测量角度的仪器,怎样得到不便到达的两点之间的距离?即利用正、余弦定理解三角形问题.
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3.确定参数、计算求解
如图2所示,设线段AB表示不便到达的两点之间的距离,在能到达的地方选定位置C进行测量.用测量角度的仪器可以测量出∠ACB的大小α,但是因为点A,B都不便到达,所以△ABC的3条边都无法用米尺测量.
如图3所示,在可到达的地方再选定一点D,并使得CD的长m能用米尺测量.用测量角度的仪器测出
∠BCD=β,∠BDC=γ,∠ACD=θ,∠ADC=φ.
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然后,利用α,β,γ,θ,φ以及m即可求出AB的长.首先,在△BCD中,因为∠CBD=π-β-γ,所以由正弦定理可得eq \f(m,sin(π-β-γ))=eq \f(BC,sin γ),因此BC=eq \f(msin γ,sin(β+γ));同理,从△ACD可得AC=eq \f(msin φ,sin(θ+φ));最后,在△ABC中,根据AC,BC,α,利用余弦定理就可以得出AB的长.
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4.验证结果、改进模型
以上给出一个测量小组的测量结果,与其他测量小组的比较,分析产生误差的原因,改进测量方法,使测量误差更小.
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(二)数学建模活动实践
测量学校内、外建筑物的高度.
【活动目的】 运用所学知识解决实际测量高度的问题,体验数学建模活动的完整过程.组织学生通过分组、合作等形式,完成选题、开题、做题、结题四个环节.
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【问题情境】 给出下列的测量任务:
(1)测量本校的一座教学楼的高度;
(2)测量本校的旗杆的高度;
(3)测量学校墙外的一座不可及,但在学校操场上可以看得见的物体的高度.
可以每3~4个学生组成一个测量小组,以小组为单位完成;各人填写测量课题记录表,一周后上交.
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测量工作报告表
完成时间______年______月______日
1.本课题组的成员与分工
成员姓名 分工 主要工作与贡献
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2.本课题组选择的测量对象、所需工具
3.测量的数学模型
4.测量的数据和计算结果
5.测量中的亮点和问题点(如独到的想法,减少测量误差的想法和做法,团结协作克服的困难,结果产生较大误差的原因分析等.如有说明问题的照片或图片可以附在后边)
6.与本次测量相关的可继续研究的小课题或待探究的问题(课题的拓广)
7.用简单的语言,描述大家在完成此项工作中的感受
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