初中数学建模宣讲

初中数学建模选讲一、数学建模在初中数学学习的意义九年义务教育《数学课程标准》中指出：数学可以帮助人们更好地探求客观世界的规律，并对现代社会中大量纷繁复杂的信息作出恰当的选择与判断，同时为人们交流信息提供了一种有效、简捷的手段。数学作为一种普遍适用的技术，有助于人们收集、整理、描述信息，建立数学模型，进而解决问题，直接为社会创造价值。数学教学要让学生亲身经历将实际问题抽象成数学模型并进行解释与应用的过程，进而使学生获得对数学理解的同时，在思维能力、情感态度与价值观等多方面得到进步和发展。近几年，不仅每年高考都出了应用题，中考也加强了应用题的考察，这些应用题以数学建模为中心，以考察学生应用数学的能力，但学生在应用题中的得分率远底于其他题，原因之一就是学生缺乏数学建模能力和应用数学意识。因此中学数学教师应加强数学建模的教学，提高学生数学建模能力，培养学生应用数学意识和创新意识，

二、如何进行初中数学建模？数学建模是建立数学模型的过程的缩略表示，可用下面的框图来说明这一过程：实际问题抽象、简化，明确变量和参数根据某种“定律”或“规律”建立变量和参数间的一个明确的数学关系解析地或近似地求解该数学问题解释、验证投入使用通不过通过三、初中数学建模的过程审题建立数学模型，首先要认真审题。实际问题的题目一般都比较长，涉及的名词、概念较多，因此要耐心细致地读题，深刻分解实际问题的背景，明确建模的目的；弄清问题中的主要已知事项，尽量掌握建模对象的各种信息；挖掘实际问题的内在规律，明确所求结论和对所求结论的限制条件。简化根据实际问题的特征和建模的目的，对问题进行必要简化。抓住主要因素，抛弃次要因素，根据数量关系，联系数学知识和方法，用精确的语言作出假设。抽象将已知条件与所求问题联系起来，恰当引入参数变量或适当建立坐标系，将文字语言翻译成数学语言，将数量关系用数学式子、图形或表格等形式表达出来，从而建立数学模型。按上述方法建立起来的数学模型，是不是符合实际，理论上、方法上是否达到了优化，在对模型求解、分析以后通常还要用实际现象、数据等检验模型的合理性。四、初中数学建模具体分析方法关系分析法：通过寻找关键量之间的数量关系的方法来建立问题的数学模型方法。列表分析法：通过列表的方式探索问题的数学模型的方法。图象分析法：通过对图象中的数量关系分析来建立问题的数学模型的方法。五、初中常见数学应用题的基本数学模型建立几何图形模型建立方程或不等式模型建立三角函数模型建立函数模型建立统计模型1、建立几何模型

诸如工程定位、边角余料加工、拱桥计算、皮带传动、修复破残轮片、跑道的设计与计算等应用问题，涉及一定图形的性质常需建立几何模型，转化为几何问题求解．例1如图1，足球赛中，一球员带球沿直线l逼近球门AB，他应在什么地方起脚射门最为有利？分析这是几何定位问题，根据常识，起脚射门的最佳位置P应该是直线l上对AB张角最大的点，此时进球的可能性最大，问题转化为在直线l上求点P．使∠APB最大．为此，过AB两点作圆与直线l相切，切点P即为所求．当直线l垂直线段AB时，易知P点离球门越近，起脚射门越有利．可见“临门一脚”的功夫理应包括选取起脚射门的最佳位置。例2（2004年淄博市中考题）在日常生活中，我们经常看到一些窗户上安装着遮阳蓬，如图（1）。现在要为一个面向正南的窗户设计安装一个遮阳蓬，已知该地区冬天正午太阳最低时，光线与水平线的夹角为34°；夏天正午太阳最高时，光线与水平线的夹角为76°。把图①画成图②，其中AB表示窗户的高，BCD表示直角形遮阳蓬。（1）遮阳蓬BCD怎样设计，才能正好在冬天正午太阳最低时光线最大限度地射入室内而夏天正午太阳最高时光线刚好不射入室内？请在图③中画图表示；（2）已知AB＝150cm，在（1）的条件下，求出BC，CD的长度（精确到1cm）。解：（1）如图。（2）如图，设BC＝x，CD＝y。在Rt△ADC和Rt△DBC中，，答：BC、CD的长度分别约为30cm、45cm。二、建立三角模型

对测高、测距、航海，燕尾槽、拦水坝、人字架的计算等应用问题，则可建立三角模型，转化为解三角形问题．例1海中有一小岛A，它周围8海里内有暗礁，渔船跟踪鱼群由西向东航行，在B点测得小岛A在北偏东60°，航行12海里到达D点，这时测得小岛A在北偏东30°．如果渔船不改变航向，继续向东捕捞，有没有触礁的危险？简析根据题意作出如图2的示意图，继续航行能否触礁，就是比较AC与8的大小。问题转化为解直角三角形，求AC的长。

AC3、建立方程模型

对现实生活中广泛存在的等量关系，如增长率、储蓄利息、浓度配比、工程施工及人员调配、行程等问题，则可列出方程转化为方程求解问题．例1某家俱的标价为132元，若降价为9折出售即优惠10％)，仍可获利10％(相对于进资价)。求该家俱的进货价。

简析设该家惧的进货价为x元．则问题转化为求方程例2如图3(1)，在宽为20m，长为32m的矩形耕地上，修筑同样宽的三条道路(两条纵向一条横向且横向与纵向互相垂直)．把耕地分成大小相等的六块作实验田，要使实验地面积为570m2，问道路应为多宽？(1997年安徽省中考题)简析如图3(2)．作整体思考，设道路的宽为x，则问题转化为求方程(20－x)(32－2x)＝570的解，解得x1＝1，x2＝35(不合题意，舍去)。例3（2004年山东省枣庄市中考题）某家庭新购住房需要装修，如果甲、乙两个装饰公司合做，12天可以完成，需付装修费1.04万元；如果甲公司先做9天，剩下的由乙公司来做，还需16天完成，共需付装修费1.06万元。若只选一个装饰公司来完成装修任务，应选择哪个装饰公司？试说明理由解：设甲公司单独做x天完成，乙公司单独做y天完成。根据题意，得解之，得。

设甲公司单独完成装修工程需装修费a万元，乙公司单独完成装修工程需装修费b万元。则解之，得所以，甲公司完成装修工程需21天，装修费0.98万元；乙公司完成装修工程需28天，装修费1.12万元。从节约时间、节省开支的角度考虑，应选择甲公司来完成此项装修任务。4、建立直角坐标系模型

当变量的变化具有(近似)函数关系，或物体运动的轨迹具有某种规律时，可通过建立平面直角坐标系，转化为函数图象问题求解。例1在如图4所示的自动喷灌设备中，喷出的水流呈现抛物线状．设水管AB高出地面1．5米．水流最高点C比喷头B高2米，且与B点连线夹角与水平面成45°，求水流落地点到A点的距离。

简析因水流路线是抛物线，可建立如图4所示的平面直角坐标系，问题转化为求抛物线与x轴交点的横坐标．由已知条件可求得抛物例2（2004年安徽南山区中考题）如图，一位篮球运动员跳起投篮，球沿抛物线运行，然后准确落入篮框内。已知篮框的中心离地面的距离为3.05米。（1）球在空中运行的最大高度为多少米？

（2）如果该运动员跳投时，球出手离地面的高度为2.25米，请问他距离篮框中心的水平距离是多少？的顶点坐标为（0，3.5）∴球在空中运行的最大高度为3.5米解：（1）∵抛物线（2）在当y＝3.05时x＝±1.5又∵x＞0∴x＝1.5当y＝2.25时x＝±2.5又∵x＜0∴x＝－2.5故运动员距离篮球中心水平距离为｜1.5｜＋｜－2.5｜＝4米对于飞机投物、打炮射击、投篮、平抛等问题，其物体运动的轨迹都是抛物线，往往可转化为二次函数图象问题去解决．当变量之间具有线性关系时，则可转化为直线或平面区域问题去解决．5、建立目标函数模型

对于现实生活中普遍存在的最优化问题，如造价用料最少，利润产出最大等，可透过实际背景、建立变量之间的目标函数，转化为函数极值问题．例1某商店如将进货价为8元的商品按每件10元出售，每天可销售200件，现在采用提高售价，减少进货量的方法增加利润，已知这种商品每涨价0.5元，其销售量就减少10件，问应将售价定为多少时，才能使所赚利润最大，并求出最大利润．简析设每件售价提高x元，则每件得利润(2＋x)元，每天销售量变为(200－20x)件，所获利润y＝(2＋x)(200－20x)＝－20(x－4)2＋720．故当x＝4时，即售价定为14元时，每天可获最大利润720元．例2（2004年山东省烟台市）先阅读下面的材料，然后解答问题：

在一条直线上有依次排列的n（n＞1）台机床在工作，我们要设置零件供应站P，使这n台机床到供应站P的距离总和最小，要解决这个问题，先退到比较简单的情形：如图①，如果直线上有2台机床时，很明显设在A1和A2之间的任何地方都行，因为甲和乙走的距离之和等于A1到A2的距离。如图②，如果直线上有3台机床时，不难判断，供应站设在中间一台机床A2处最合适，因为如果P放在A2处，甲乙和丙所走的距离之和恰好为A1到A3的距离，而如果把P放到别处，例如D处，那么甲和丙所走的距离之和仍是A1到A3的距离，可是乙还得走从A2到D的这一段，在是多出来的，一次P放在A2处是最佳选择。

不难知道，如果直线上有4台机床，P应设在第2台与第3台之间的任何地方；有5台机床，P应设在第3台的位置。

问题（1）：有n台机床时，P应设置在何处？

问题（2）：根据问题⑴的结论,求︱x－1︱+︱x－2︱+︱x－3︱+…+︱x－617︱的最小值。

解：（1）当n为偶数时，P应设在第台和（＋1）台之间的任何地方，当n为奇数时，p应设在第台的位置。（2）根据绝对值的几何意义，求︱x－1︱+︱x－2︱+︱x－3︱+…+︱x－617︱的最小值就是在数轴上找出表示x的点，使它到表示1，2，…，617各点的距离之和最小，根据问题1的结论，当x＝309时，原式的值最小。最小值是：︱309－1︱+︱309－2︱+︱309－3︱+…+︱309－308︱+0+︱309－310︱+︱309－311︱+…+︱309－311︱＋+︱309－616︱+︱309－617︱＝308＋307＋306＋…＋1＋1＋2＋…＋308＝308×309＝95172。6、建立不等式模型

在市场经营、生产决策和社会生活中，如估计生产数量，核定价格范围，盈亏平衡分析，投资决策等，则可挖掘实际问题所隐含的数量关系，转化为不等式(组)的求解或目标函数在闭区间的最值问题。例1某工厂生产的产品每件单价是80元，直接生产成本是60元，该工厂每月其它总开支是50000元．如果该工厂计划每月至少要获得200000元利润，假定生产的全部产品都能卖出，问每月的生产量应是多少？简析设每月生产x件产品，则总收入为80x，直接生产成本为60x，每月利润为80x－60x－50000＝20x－50000．问题转化为求不等式20x－50000≥200000的解．解得x≥12500(件)。例2

（2004年河北省中考题）光华农机租赁公司共有50台联合收割机，其中甲型20台，乙型30台。先将这50台联合收割机派往A、B两地区收割小麦，其中30台派往A地区，20台派往B地区。

两地区与该农机租赁公司商定的每天的租赁价格见下表：

每台甲型收割机的租金每台乙形收割机的租金A地区1800元1600元B地区1600元1200元（1）设派往A地区x台乙型联合收割机，租赁公司这50台联合收割机一天获得的租金为y（元），求y与x间的函数关系式，并写出x的取值范围；（2）若使农机租赁公司这50台联合收割机一天获得的租金总额不低于79600元，说明有多少种分配方案，并将各种方案设计出来；（3）如果要使这50台联合收割机每天获得的租金最高，请你为光华农机租赁公司提一条合理化建议。解：（1）若派往A地区的乙型收割机为x台，则派往A地区的甲型收割机为（30－x）台；派往B地区的乙型收割机为（30－x）台，派往B地区的甲型收割机为（x－10）台。

∴y＝1600x＋1800（30－x）＋1200（30－x）＋1600（x－10）＝200x＋74000

x的取值范围是：10≤x≤30（x是正整数）（2）由题意得200x＋74000≥79600

解不等式得x≥28由于10≤x≤30（x是正整数）

∴x取28，29，30这三个值。

∴有3种不同的分配方案。①当x＝28时，即派往A地区的甲型收割机为2台，乙型收割机为28台；派往B地区的甲型收割机为18台，乙型收割机为2台。

②当x＝29时，即派往A地区的甲型收割机为1台，乙型收割机为29台；派往B地区的甲型收割机为19台，乙型收割机为1台。

③当x＝30时，即30台乙型收割机全部派往A地区；20台甲型收割机全部派往B地区。（3）由于一次函数y＝200x＋74000的值y是随着x的增大而增大的，所以当x＝30时，y取得最大值。如果要使农机租赁公司这50台联合收割机每天获得租