第五周小讲座-数学建模初步

2012-03-22 发布人:系统管理员
讲座名称:数学建模初步
讲座老师:华育中学数学老师 张军杰
讲座时间:2012年2月15日下午1:00 - 2:00
讲座地点:公共教室A102

【讲座内容简介】

    18世纪的欧洲,有一位伟大的数学家,全欧洲的科学家都以他为师表,都称自己是他的学生,他就是大数学家欧拉。
    1736年,欧拉在彼得堡担任教授时,他解决了一个有趣的"七桥问题",这个趣题一直流传到现在,并相信它是拓朴学产生的萌芽。
    当时,普鲁士首府哥尼斯堡有一条普雷格尔河,这条河有两个支流,还有一个河心岛,共有七座桥把两岸和岛连起来。
    有一天,人们教学的时候,有人提出一个问题:“如果每座桥走一次且有一天,人们教学的时候,有人提出一个问题:“如果每座桥走一次且只走一次,又回到原来地点,应该怎么走?”当时没有一个人能找到答案。
    这个问题传到住在彼得堡的欧拉耳中,当然,他不会去哥尼斯堡教学,而是把问题画成一张图:小岛,河岸画成点,桥画成连结点的线,他考虑:如果能从一个点开始用笔沿线画(就像人过桥一样)笔不准离开纸(人连续走路),同一条线不准画两遍(每个桥只经过一次),所有线都画完,最后能否回到原来的出发点 (有关七桥问题的解决,略去不谈) 。
    欧拉意识到他所研究的几何问题是一种新的几何学,所研究的图形与形状和大小无关,最重要的是位置怎样用弧连结,这张图就是一个网络。
    欧拉为什么能抽象出这张图呢?是他利用了几何的抽象化和理想化来观察生活,建立了准确的数学模型,七年级数学开始讲点、线、面,这些几何概念是从现实中抽象化和理想化而来,在欧拉眼中,在地图上一个城市是一个点, 岛和陆地抽象成点, 桥抽象成线,直线是笔直的,生活中没有完全精确的笔直线,这是理想化了,正因为数学的这种抽象,才使数学具有"应用的广泛性"这一特点。
    看完欧拉的解法,启发我们:生活中许多问题可以用数学方法解决,但首先要通过抽象化和理想化,建立数学模型。因此,建立数学模型就成为解决实际问题的关键。
    数学建模是解决实际问题的过程,在这一个过程中,建立数学模型是最关键,最重要的环节,也是困难所在,它需要运用数学的语言和工具,对部分现实世界的信息(现象、数据等)加以简化、抽象、翻译、归纳。

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    科学的数学化是当代科学发展的一个主要趋向,它已经在不同的程度上涉及一切科学领域和人类活动的各个方面。数学模型是数学科学联结其他非数学科学的中介和桥梁,它不仅是对实际问题的数学描述,而且是对实际问题进行理论分析和科学研究的有力工具。因此,建立数学模型或数学建模是发展科学和解决实际问题首先需要解决的关键课题,其内容十分丰富、广泛,目前已发展为一门新学科。
    应用数学抽象方法建立数学模型的一般过程如下:
    首先,要明确问题,尽量掌握对象的性质特点,确定选用哪一类数学模型,如七桥问题的数学模型是一个图论模型。如果相应的领域还没有现成的规律可供使用,或者虽有但还不够用,那就要自己去观察,去探索。
    第二,要剔除非本质属性,抓住主要矛盾。如七桥问题中,岛与陆地的形状、大小、桥的宽窄、长短、曲直等都是非本质属性。点及连接点的线才是主要矛盾。
    第三,进行数学抽象。例如七桥问题中,既然岛与陆地只是桥梁的连接点,就可把岛与陆地抽象为四个点,七座桥抽象为七条线。人们试图一次无重复地走完七座桥的问题被抽象为了一笔画的几何图形问题。

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【听后感】
    上星期三,我们初二年级四十多人有幸在公共教室听由张老师主讲的<数学建模>讲座。张老师用几个日常生活中的数学问题带我们走进了数学建模的世界,张老师一步一步为我们分析,对于加速度等在学校里没有学过的补充内容,他十分细致地为我们讲解。对于同学们的不同解答,老师也耐心地听完。 张老师为我们解答例题,还和我们的数学学习联系在了一起。同学们在下面认真地做笔记,有时还会举手发言,与老师进行互动,可见同学们都十分专注,对于本次的讲座主题很感兴趣。这40分钟的讲座,不仅让我们增长了知识,而且还教会了我们生活中对于数学的应用,可以说,这次的讲座让我受益匪浅,使我感受到了数学的奥秘。(13届 杨晔)

    “数学建模”——一个看起来与我们十分遥远的名词。直到参加了这次张军杰老师的讲座,才知道数学建模与我们的生活息息相关。张老师首先由著名的七桥问题引出了“数学建模”的概念——这也是数学建模的由来。之后张老师又讲了包汤圆、测量三根电线的电阻、疏散演练和黄灯时间的长度四个实际问题。这四个问题既有趣,又与生活紧密相连,而通过数学建模来解决问题的方法也令人叫绝。这次讲座为我们介绍了如何用数学解决一些实际问题。同时也希望有更多像这次讲座一样生动有趣、与生活紧密相连的讲座。(13届 张亦驰)

    上周我去听了张军杰老师讲的数学建模初步这个讲座。不过当初其实我并没有去听的意愿,我的数学基础不好,而且我也不太喜欢数学。但是由于我们班级里有几张剩余的票,班主任就抽中了我去。结果到了那边的时候讲座以经开始了好一会了,数学建模的初步介绍已经介绍完了,已经开始讨论问题了。结果我有一些东西没听到。那天一共讨论了4个问题,但是我比较感兴趣的还是第1个问题:当有一定的面皮和馅的时候可以包一些汤圆,当馅多出了一点时,要包小一点,多一点还是包大一点,少一点?当时,我对此有一个感觉,就是如果我来处理的话我一定包大一点,之后,老师假设皮的厚度与同样大小的汤圆用的馅一样,根据他的话说是排除无关的量。之后,通过列了一系列方程,得出最终结论。讲座结束之后,我回家看了一些关于数学建模的书,虽然完全看不懂,但是我觉得,这还是很有趣的。(13届 徐一凡)