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第6章
数学建模
6.1走进异彩纷呈的数学建模世界
6.2数学建模一从自然走向理性之路
6.3数学建模案例(一):最佳视角
6.4数学建模案例(二):曼哈顿距离
6.5数学建模案例(三):人数估计
[目标导航]
核心知识目标
核心素养目标
1.能利用已知函
数模型求解实际
通过建立数学模型,把实际应用问题转化为数学
问题、
问题,从而达成了数学抽象、逻辑推理、数据分析
2.能自建确定性
数学建模的核心素养
函数模型解决实
际问题.
知识探究·素养启迪
②知识探究
1.数学模型
数学模型是对于现实世界的一个特定对象,为了一个特定目的,根据
其特有的内在规律做出一些必要的简化假设,并运用合适的数学工具
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得到的一个数学结构.而数学建模过程,则是应用数学方法,通过建立
数学模型来解决实际问题的过程。
2.数学建模过程
(1)问题描述
由于数学模型是建立数学与实际现象之间的桥梁,因此,首要的工作
是要设法用数学的语言表述实际现象.所谓问题重述是指把实际现象
尽量地使用贴近数学的语言进行重新描述.为此,要充分了解问题的
实际背景,明确建模的目的,尽可能弄清对象的特征,并为此搜集各种
必需的信息或数据.要善于捕捉对象特征中隐含的数学因素,并将其
一一列出.
(2)模型假设
模型假设(即合理假设)是与问题分析紧密衔接的又一个重要步骤.根
据对象的特征和建模目的,在问题分析基础上对问题进行必要的、合
理的取舍简化,并使用精确的语言作出假设,这是建模至关重要的一
步.一般地,作出假设时要充分利用与问题相关的有关学科知识,充分
发挥想象力和观察判断力,分清问题的主次,抓住主要因素,舍弃次要
因素
(3)模型建立
基于上述假设,在实际情境中从数学的视角构建模型,用函数解析式
表达两个变量的关系。
(④)模型求解
根据上述建立的函数模型代入相关数据,最终解决实际问题,
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(⑤)模型分析与检验
经过多次实验,分析总结,验证所建立的模型是否正确,
(6)推广应用
通过自主探索、合作研究运用已建立的数学模型解决数学问题
3.用框图表示数学建模过程
实际问题
模型假设
模型建立
棋型求解
模型检验
不符合实际
符合实际
建模完成
(实际应用)
4.常见的数学模型
(1)一次函数模型:f(x)=kx+b(k,b为常数,k≠0):
(2)反比例函数模型:f(x)冬+b(k,b为常数,k≠0);
(3)二次函数模型:f(x)=ax2+bx+c(a,b,c为常数,a≠0):
(4)指数函数模型:f(x)=a·bx+c(a,b,c为常数,a≠0,b>0,且b≠1);
(⑤)对数函数模型:f(x)=mlogax+n(m,n,a为常数,m≠0,a>0,且a≠1):
(6)幂函数模型:f(x)=axn+b(a,b,n为常数,a≠0,n≠1);
(7)分段函数模型:这个模型实则是以上两种或多种模型的综合,因此
应用也十分广泛
课堂探究·素养培育
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®探究点一方案的选择
[例1]假设你有一笔资金用于投资,现有三种投资方案供你选择,这
三种方案的回报如下:
方案一:每天回报40元:
方案二:第一天回报10元,以后每天比前一天多回报10元:
方案三:第一天回报0.4元,以后每天的回报比前一天翻一番。
请问,你会选择哪种投资方案?
解:可以先建立三种投资方案所对应的函数模型,再通过比较它们的
增长情况,为选择投资方案提供依据,设第x天所得回报是y元,则方
案一可以用函数y=40(x∈N)进行描述:
方案二可以用函数y=10x(x∈N)进行描述;
方案三可以用函数y0.4X2x1(x∈N)进行描述.
先计算三种方案所得回报的增长情况.
三种方案每天回报表如下:
方案一
方案二
方案三
X
增加
增加
增加
y
y
量/元
量/元
量/元
1
40
10
0.4
2
40
0
20
10
0.8
0.4
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3
40
0
30
10
1.6
0.8
4
40
0
40
10
3.2
1.6
5
40
0
50
10
6.4
3.2
6
40
0
60
10
12.8
6.4
7
40
0
70
10
25.6
12.8
8
40
0
80
10
51.