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数学建模笔记(四):初等模型

文章目录

  • 前言
  • 一、双层玻璃窗效果
    • 1.问题背景
    • 2.问题假设
    • 3.模型建立
    • 4.模型应用和结果分析
  • 二、划艇比赛成绩
    • 1.问题背景
    • 2.问题分析
    • 3.问题假设
    • 4.模型建立
    • 5.模型检验
  • 三、实物交换
    • 1.问题背景
    • 2.问题分析与建模
  • 四、汽车制动距离和道路通行能力
    • 1.问题背景
    • 2.问题分析与假设
    • 3.模型假设
    • 4.模型建立
  • 五、估计出租车总数
    • 1.问题背景
    • 2.问题分析
    • 3.模型建立
    • 4.计算分析
    • 5.数值模拟
  • 六、选举重总冠军
    • 1.问题背景
    • 2.数据收集
    • 3.数据分析
    • 4.模型建立
    • 5.小结
  • 七、解读CPI
    • 1.问题背景
    • 2.按时间顺序解读CPI
    • 3.按分类结构解读CPI
  • 八、核军备竞赛
    • 1.问题背景
    • 2.模型假设
    • 3.模型建立
    • 4.模型解释(分析各种可能的变化)
  • 九、扬帆远航
    • 1.问题背景
    • 2.模型分析与假设
    • 3.模型建立和求解
  • 十、节水洗衣机
    • 1.问题背景
    • 2.问题分析
    • 3.模型假设
    • 4.模型建立
    • 5.模型求解
    • 6.模型讨论


前言

研究对象的机制相对简单。当建模的目的可以通过静态、线性和确定性模型来实现时,我们基本上可以使用初级数学方法来构建和解决模型。 对于实际问题,采用初级方法和高级方法建立的两种模型的应用效果几乎相同,初级方法更受欢迎。


一、双层玻璃窗效果

1.问题背景

在这里插入图片描述

2.问题假设

(1)热传播只有传导,没有对流 (2) T 1 T_1 T1, T 2 T_2 T2不变,热传导过程稳定 (3)材料均匀,热传导系数为常数

3.模型建立

Q 1 、 Q 2 Q_1、Q_2 Q1/span>、Q2​所研究的是单位面积下的情况 T a 、 T b T_a、T_b Ta​、Tb​为中间量,通过三个式子可以将其消除,得到不含 T a 、 T b T_a、T_b Ta​、Tb​的式子 h = l d h=\frac{l}{d} h=dl​,将式子用一个量来表示,从而化简式子,使得结果更加直接明了

4.模型应用与结果分析


二、划艇比赛的成绩

1.问题背景

2.问题分析

由机理出发

3.问题假设

艇长为 l l l,艇宽为 b b b v v v为常数,才可以建立等式 考虑到桨手的特征,体重与功率的相关

4.模型建立

5.模型检验

使用最小二乘法之前,先对式子两边同时取对数,得到一个与模型相吻合的式子: l n   t = l n   a + b ∗ l n   n ln\ t=ln\ a+b*ln\ n ln t=ln a+b∗ln n 令 a ′ a^{'} a′等于 l n   a ln\ a ln a 得到下方式子 不妨再令 Y = l n   t 、 X = l n   n Y=ln\ t、X=ln\ n Y=ln t、X=ln n 就得到了形如 Y = a ′ + b ∗ X Y=a^{'}+b*X Y=a′+b∗X的式子,对其使用最小二乘法

在matlab中ln(x)用log表示,lg(x)函数用log10表示

回代,注意此时求出的仅仅是 a ′ a^{'} a′,而非 a a a

也可直接使用CFTOOL工具进行拟合


三、实物交换

1.问题背景

2.问题分析与建模

类似“等高线”

双方满意也就是双方的满意程度相同

假设交换前双方物品的价值相同,根据CD交换的方案满足等价交换原则,双方交换后物品的价值不变


四、汽车刹车距离与道路通行能力

1.问题背景

2.问题分析与假设

3.模型假设

4.模型建立

1000 v 1000v 1000v作用是换算 k m km km为 m m m,该式子表示安全条件下, 1 h 1h 1h内通过断面的最大车辆数

v = d 0 c 2 v=\sqrt{\frac{d_0}{c_2}} v=c2​d0​​ ​是由对勾函数确定的最值


五、估计出租车总数

1.问题背景

2.问题分析

3.模型建立

由于顺序发放,所以总体平均值与总体中位数相同

注意一下的编号均从1开始,而非从0101开始,要换算 假设 x n x_n xn​不是最后一个,其后依然有一个 x x x,且间隔由之前的平均间隔表示

假设样本点均匀分布于总体中

4.计算与分析

5.数值模拟


六、评选举重总冠军

1.问题背景

2.数据收集

3.数据分析

4.模型建立

5.小结


七、解读CPI

1.问题背景

2.按时间顺序解读CPI

可以理解为累积价格指数的特例

3.按分类结构解读CPI

化为矩阵

最小二乘解


八、核军备竞赛

1.问题背景

2.模型假设

3.模型建立

由威慑值 y 0 y_0 y0​和当前 x x x可能的范围确定出 y y y合理的值

当满足 x = a y x=ay x=ay时,可以得到一个简洁的式子: y = y 0 s x y y=\frac{y_0}{s^{\frac{x}{y}}} y=syx​y0​​ 这个也就是上述安全曲线的来源

4.模型解释(分析各类可能的变化情况)


九、扬帆远航

1.问题背景

2.模型分析与假设

对力进行分解,主要考虑风对帆的力和对整个船体的力,此时未考虑水的阻力 值得注意的是,假设中将垂直于船身的力忽略,视其被舵所抵消 v = k 1 ( f 1 − P 1 ) v=k_1(f_1-P_1) v=k1​(f1​−P1​) 表示一种直观关系

3.模型建立与求解


十、节水洗衣机

1.问题背景

2.问题分析

3.模型假设

4.模型建立

轮数不多,可枚举轮数,计算每种情况下的加水量 脱水后,相较于要添加的水,残余的水很少,所以可以进行简化,忽略 c c c

5.模型求解

6.模型讨论


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