初等模型(2) 一、录象机计数器的用途 二、优秀成果评选公平性问题 三、生小兔问题 四、动物繁殖的规律 五、棋子颜色的变化
1、问题的提出 老式录象机或一些录音机上有计数器,而没有 计时器。因而问题产生:一盘180分钟的带子,计数 器从0000变到6061。当带子用到4450时,剩下的带 子可否录下一个小时的节目。 问题所在:录象带读数并非随时间而均匀增长,是 先快后慢。 要建立的模型:计数器读数与录象带转过的时间之 间的关系。
2、问题分析——读数的增长为何先快后慢 计数器 左 右 r 主动轮转速不变 建立模型:t = f ( n )
3、模型假设 (1)录象带的线速度是常数v (2)计数器读数n 与右轮盘转的圈数(m )成 正比,即m = k n (3)录象带的厚度(加两带间的空隙)是常数w (4)空右轮盘半径为r, 初始时刻:t=0时n=0 几个角度建立模型!
4、模型的建立 方法一、 = = vt (1) 模型: (2) 左轮盘所有圈数的长度 录象带转过的长度 其中m为圈数,则m=kn w相对r较小,忽略该项
4、模型的建立 方法二、 录象带转过的长度与厚度的乘积 左轮盘面积增加 = (3)
4、模型的建立 方法三、微积分法 设t = f ( n ) 考虑从第n到第n+△n圈(此时第n+1圈未走完) 因此: 读数器为n时 △kn
5、参数估计 记 b a 问题:测试一组数据估计: t = a n + b n
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二、优秀成果评选公平性问题 1、问题:设有N个评委组成的评选委员会, 有M项研究成果,评委会要从中选m<M 项优秀成果,但有些评委是某些成果的 完成者,应如何处理此问题才是公平的? 方案一:按得票多少排序 方案二:评委不参加对自己的成果投票,再 按得票率排队
方案(2)是否公平分析 设某成果涉及C个评委,他们回避后该项 成果得p(≤N-C)票。 (1)回避得票率 (2)不回避得票率
方案(2)还是不公平? 除p=N-C外,对每个p,均有r 1 ( p ) < r 2 ( p ) r 1 r2 r1 p N-C
应采用折中方案 度量得票多少的函数q ( p )应满足如下条件: (1) q ( p )是p的单调增函数 (2)r 1 ( p ) < q ( p ) < r 2 ( p ) ,0 < p < N- C (3)q ( 0 ) = 0,q ( N – C ) = 1
一个简单实用公平的度量函数 还有吗?
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三、生小兔问题 1、问题: 兔子出生以后两个月就能生小兔,如果每月 生一次且恰好生一对小兔,且出生的兔子都成 活,试问一年以后共有多少对兔子,两年后有 多少对兔子? 注:这是13世纪意大利比萨的一位叫伦纳德,绰号为斐波那 契(Fibonacd,1170—1250)的数学家,在一本题为《算 盘书》的数学著作中,提出的一个有趣的问题。
2、图示
3、问题分析 第一个月:只有一对小兔。 第二个月:小兔子末成熟不会生殖,仍只一对, 第三个月;这对兔子生了一对小免,共有两对。 第四个月:老兔子又生了一对小免,而上月出 生的小免还未成熟,这时共有三对。
4、问题分析与模型建立 记r i 表示第i个月的兔子数 (1) r 1 = 1 (2) r 2 = 1 (3)规律: 2年后兔子的对数:75025
5、 Fibonacd数列的奇特性质
6、 Fibonacd数列的广泛应用 1、一本专门研究它的杂志——《斐波那契季刊》 (Fibonacci Quarterly)于1963年开始发行,在美 国还专门设立了Fibonacci数委员会。 2、上世纪50年代出现的“优选法”中,也有斐波那 契数列的巧妙应用。 3、斐波那契数列不只是在生小免问题中才会遇到, 它也出现在自然界、生活中...…,如植物的叶 序、菠萝的鳞片、树枝的生长、蜜蜂进蜂房的 路线、钢琴键盘等
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四、动物繁殖的规律 1、问题: 某动物的最大年龄为15岁,按年龄分三组: (1)0~5岁 (2)6~10岁 (3)11~15岁。从 (1)0~5岁 (2)6~10岁 (3)11~15岁。从 第(2)年龄组后开始繁殖。第(2)年龄组平 均繁殖4个,第(3)年龄组平均繁殖3个。第 (1)(2)年龄组分别进入下一年龄组的存活 率为0.5,0.25。现设三个年龄组的数量分别为 1000,问:5年、10年、15年后各年龄段动物 数量,并且20年后各年龄段动物数量又如何?
2、问题分析 设:以5年为1年龄段,t为时间段,各年龄段的数 量为: X(t)=[ x 1 (t) x 2 (t) x 3 ( t) ]/ 初始时刻的数量: X(0)=[ x 1 (0) x 2 (0) x 3 (0t) ]/=[1000 1000 1000]/ 则: 第1年龄段 第2年龄段 第3年龄段
3、模型
4、求解5年、10年及15年数量 5年 10年 15年 20年 第1年龄段 7000 2750 14375 8125 第2年龄段 500 3500 1375 7187.5 第3年龄段 250 125 875 343.8
5、思考? (1)当有足够大的时间t时,模型有什么 规律? (代数性质) (2)如果每5年平均向市场供应动物数是: 规律? (代数性质) (2)如果每5年平均向市场供应动物数是: c = [ s s s ] /,问动物不在灭绝的前提 下,c应取多少? (3)在动物不在灭绝的前提下,每5年应 如何规划使得20年内向市场供应的数 量最大?
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五、棋子颜色的变化 1、问题: 任意拿出黑白两种颜色的棋子共8个,排成如 下图所示的圆圆,然后在两颗颜色相同的棋子中 间放一颗黑色棋子,在两颜色不同的棋子中间放 一颗白色棋子,放完后撤掉原来所放的棋子。再 重复以上的过程,问这样重复进行下去各棋子的 颜色会怎样变化呢?
2、最终结论是什么? 可完全用数学的推理方法说明最多经 过8次变换,各棋子的颜色都会变黑。
3、分析 注意:规则是两同色的棋子中间加黑色棋子,两异 色的棋子中间加白色棋子,即黑黑得黑,白 白得黑,黑白得白,与有理数符号规则类似。 方法:用+1表尔黑色,用-l表示白色,开始摆的八 颗棋子记为a1,a2,...,a8,并且a k=+1或-1, k=1,2,…,8,下一次在al与a2中间摆的棋 子的颜色由a1和a2是同色还是异色而定。类 似的a k a k+1正好给出了所放棋子的颜色。
4、符号运算规则 规则:黑黑得黑,白白得黑,黑白得白 引入记号⊙,则: (+1) ⊙(+1)=(+1)^2= +1 (-1) ⊙(-1)=(-1)^2= +1 (+1) ⊙(-1)=-1
5、各次颜色的确定 可见:最多经过8次变换以后,各个数都变 成丁+1,这意味着所有棋子都是黑色,且以后 重复上述过程,颜色也就不再变化了。
小组讨论题 d4-01:跑步与走路时如何节省能量 我们每个人都有跑步的经历,有人会因此 而疲惫不堪,但是有谁会想:怎样跑步能使我 们消耗的能量最少?
结 束!
不公平! 对非评委的研究成果的完成者不公平, 因为评委对自己完成的成果投赞成票的可 能性最大。 back
(1)规律: back 当时间t足够大时,满足: 如何求? Matlab命令: 特征值命令:d=eig(A) 求正数: [i,j]=find(d>0) back
(2)如何取c值? 由于: 故: 即: Matlab求不等式解:c=[152 152 152] back
(3)如何使数量最大? 设c=[ c1 c 2 c 3 c 4]为每个5年的供应量,则: back