初中数学图形建模论文范文

摘要：席位分配是日常生活中经常遇到的问题，对于企业、公司、、学校政府部门都能解决实际的问题。席位可以是代表大会、股东会议、公司企业员工大会、等的具体座位。假设说，有一个学校要召集开一个代表会议，席位只有20个，三个系总共200人，分别是甲系100，乙系60,丙系40.如果你是会议的策划人，你要合理的分配会议厅的20个座位，既要保证每个系部都有人参加，最关键的就是要对个公平都公平，保证三个系部对你所安排的位置没有异议。那么这个问题就要靠数学建模的方法来解决。关键词： Q值法 公平席位问题的重述：三个系部学生共200名，（甲系100.乙系60，丙系40）代表会议共20席，按比例分配三个系分别为10、6、4席。老情况变为下列情况怎样分配才是最公平的，现因学生转系三系人数为.（1） 问20席该如何分配。（2） 若增加21席又如何分配。问题的分析：一、通常分配结果的公平与否以每个代表席位所代表的人数相等或接近来衡量。目前沿用的惯例分配方法为按比例分配方法，即： 某单位席位分配数 = 某单位总人数比例′总席位 如果按上述公式参与分配的一些单位席位分配数出现小数,则先按席位分配数的整数分配席位,余下席位按所有参与席位分配单位中小数的大小依次分配之。这样最初学生人数及学生代表席位为 系名 甲 乙 丙 总数 学生数 100 60 40 200 学生人数比例 100/200 60/200 40/200 席位分配 10 6 4 20学生转系情况，各系学生人数及学生代表席位变为 系名 甲 乙 丙 总数 学生数 103 63 34 200 学生人数比例 103/200 63/200 34/200 按比例分配席位 20 按惯例席位分配 10 6 4 20（1）20席应该甲系10席、乙系6席,丙系4席这样分配二、学院决定再增加一个代表席位，总代表席位变为21个。重新按惯例分配席位,有 系名 甲 乙 丙 总数 学生数 103 63 34 200 学生人数比例 103/200 63/200 34/200 按比例分配席位 21 按惯例席位分配 11 7 3 21这个分配结果出现增加一席后，丙系比增加席位前少一席的情况，这使人觉得席位分配明显不公平。要怎样才能公平呢，这时就要用数学建模要解决。模型的建立：假设由两个单位公平分配席位的情况，设 单位 人数 席位数 每席代表人数单位A p1 n1 单位B p2 n2 要公平，应该有 = ， 但这一般不成立。注意到等式不成立时有 若 > ，则说明单位A 吃亏(即对单位A不公平 ) 若 < ，则说明单位B 吃亏 (即对单位B不公平 )因此可以考虑用算式 来作为衡量分配不公平程度，不过此公式有不足之处（绝对数的特点），如：某两个单位的人数和席位为 n1 =n2 =10 ， p1 =120， p2=100， 算得 p=2另两个单位的人数和席位为 n1 =n2 =10 ， p1 =1020，p2=1000, 算得 p=2虽然在两种情况下都有p=2，但显然第二种情况比第一种公平。下面采用相对标准，对公式给予改进，定义席位分配的相对不公平标准公式：若 则称 为对A的相对不公平值， 记为 若 则称 为对B的相对不公平值 ，记为 由定义有对某方的不公平值越小，某方在席位分配中越有利，因此可以用使不公平值尽量小的分配方案来减少分配中的不公平。确定分配方案： 使用不公平值的大小来确定分配方案，不妨设 > ，即对单位A不公平，再分配一个席位时，关于 , 的关系可能有 1. > ,说明此一席给A后,对A还不公平;2. < ,说明此一席给A后,对B还不公平,不公平值为 3. > ,说明此一席给B后,对A不公平,不公平值为 4. < ,不可能 上面的分配方法在第1和第3种情况可以确定新席位的分配，但在第2种情况时不好确定新席位的分配。用不公平值的公式来决定席位的分配，对于新的席位分配，若有 则增加的一席应给A ，反之应给B。对不等式 rB(n1+1,n2)

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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，本文结合教学实践，谈谈初中数学建模教学的一些学习体会。 ⒈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 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。 ⒉具体的建模分析方法 ① 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。 ② 列表分析法：通过列表的方式探索问题的数学模型的方法。 ③ 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。 ⒊掌握常见数学应用题的基本数学模型 在初中阶段，通常建立如下一些数学模型来解应用问题： ① 建立几何图形模型 ② 建立方程或不等式模型 ③ 建立三角函数模型 ④ 建立函数模型 案例 例1 王小姐参加了某晚会，晚会中共有40人，若每两人均握手一次，问参加者共握手多少次？ 例2 设计合适的包装方式。 ⑴现有4盒磁带，有几种包装方式？哪种方式更省包装纸？ ⑵若有8盒磁带，哪种方式更省包装纸？ 例3 已知 、 、 均为非负实数，求证： 前两个问题比较明显的须建立几何图形模型来加以分析，第三个问题若用不等式变形来解决则非常困难，但建立几何图形模型解决则轻而易举， 如下图。 例4 甲、乙两厂分别承印八年级数学教材20万册和25万册，供应A、B两地使用，A、B两地的学生数分别为17万和28万，已知甲厂往A、B两地的运费分别为200元/万册和180元/万册；乙厂往A、B两地运费分别为220元/万册和210元/万册。（1）设总运费为w元，甲厂运往A地x万册，试写出w与x的函数关系式；（2）如何安排调动计划，能使总运费最少？ 例5 我们已经学会了一些测量方法，现在请你观察一下学校中较高的物体，如教学楼、旗杆、大树等等，如何测量它们的高度呢？ 本题显然要建立三角函数模型来分析解决 例6 爸爸准备为小明买一双新的运动鞋，但要小明自己算出穿几“码”的鞋。小明回家量了一下妈妈36码的鞋子长23厘米，爸爸41码的鞋子长厘米。那么自己穿的厘米长的鞋是几码呢？ 本题较合理的数学模型是一次函数。 例7 1997年11月8日电视正在播放十分壮观的长江三峡工程大江截流的实况。截流从8：55开始，当时龙口的水面宽40米，水深60米。11：50时，播音员报告宽为米。到13：00时，播音员又报告水面宽为31米。这时，电视机旁的小明说，现在可以估算下午几点合龙，从8：55到11：50，进展的速度每小时减少米，从11：50到13：00，每小时宽度减少米，小明认为回填速度是越来越快的，近似地每小时速度加快1米。从下午1点起，大约要5个多小时，即到下午6点多才能合龙。但到了下午3点28分，电视里传来了振奋人心的消息：大江截流成功！小明后来想明白了，他估算的方法不好，现在请你根据上面的数据，设计一种较合理的估算方法（建立一种较合理的数学模型）进行计算，使你的计算结果更切合实际。 建模合理性分析：本题建模合理性有以下两个评价点 ⑴回填速度以每小时多少立方米填料计。这样，能否建立合理的回填速度计算模型便成为第一个评价要点。 ⑵注意到回填速度是逐渐加快的：水流截面越大，水越深，回填时填料被冲走的就越多，相应的进展速度就越慢。反之就越快。在模型中对回填速度越来越快这一点如何作出较合理的假设，这是第二个评价要点。 ⒋数学建模教学活动设计的体会 ①鼓励学生积极主动地参与，把教学过程更自觉地变成学生活动的过程。 教师不应只是“讲演者”、“总是正确的指导者”而应不时扮演下列角色：模特——他不仅演示正确的开始，也表现失误的开端和“拨乱反正”的思维技能。参谋——提一些求解的建议，提供可参考的信息，但并不代替学生做出决断。询问者——故作不知，问原因、找漏洞，督促学生弄清楚、说明白，完成进度。仲裁者和鉴赏者——评判学生工作成果的价值、意义、优劣，鼓励学生有创造性的想法和作法。 ②注意结合学生的实际水平，分层次逐步地推进。 数学建模对教师、对学生都有一个逐步的学习和适应的过程。教师在设计数学建模活动时，特别应考虑学生的实际能力和水平，起始点要低，形式应有利于更多的学生能参与。在开始的教学中，在讲解知识的同时有意识地介绍知识的应用背景。在应用的重点环节结合比较多的训练，如实际语言和数学语言，列方程和不等式解应用题等。逐步扩展到让学生用已有的数学知识解释一些实际结果，描述一些实际现象，模仿地解决一些比较确定的应用问题，到独立地解决教师提供的数学应用问题和建模问题，最后发展成能独立地发现、提出一些实际问题，并能用数学建模的方法解决它。 ③重视知识产生和发展过程教学。 由于知识产生和发展过程本身就蕴含着丰富的数学建模思想，因此老师既要重视实际问题背景的分析、参数的简化、假设的约定，还要重视分析数学模型建立的原理、过程，数学知识、方法的转化、应用，不能仅仅讲授数学建模结果，忽略数学建模的建立过程。 ④注意数学应用与数学建模的“活动性”。 数学应用与数学建模的目的并不是仅仅为了给学生扩充大量的数学课外知识，也不是仅仅为了解决一些具体问题，而是要培养学生的应用意识、数学能力和数学素质。因此我们不应该沿用老师讲题、学生模仿练习的套路，而应该重过程、重参与，更多地表现活动的特性。

一、 问题重述最近国务院《促进中部地区崛起规划》的发布了，对中部地区经济持续、稳定增长将是一个契机，必将促进中部崛起新跨越。但是，中部六省的经济发展不平衡,请对中部六省:山西、安徽、江西、河南、湖南、湖北的经济发展状况进行综合评价排序。三、 基本假设和符号说明四、 模型的建立与求解建立一个经济评价体系的首要任务是找到能够比较全面反映实质的评价指标。我们选定了10个指标，涉及到经济与社会稳定两个领域。单纯的地区生产总值和财政总收入并不能完全代表一个地区的经济情况，居民的人均可支配收入和居民消费价格指数属于社会生活类，同样可以窥探出这个地区的经济发展状况。还有社会固定资产投资、经济增长率等，都应该是一个地区经济发展状况的重要评定指标。表格一是在各个省的统计局网站搜集整理数据，为08年初到08年末一整年的经济情况。选定的10个经济指标直接见表格一。评价指标（万元）山西安徽江西河南湖南湖北地区生产总值经济增长率(按可比价格) 社会消费品零售总额社会固定资产投资城乡居民储蓄存款余额进出口总额（亿美元）财政总收入（亿元）规模以上工业增加值城镇居民人均可支配收入居民消费价格总指数表格一、数据标准无量纲化处理数据标准化无量纲处理的目的是消除原始数据单位的影响。从表格一我们可以发现，数据间单位有万元、亿元、亿美元和百分数，地区生产总值和经济增长率之间的数据根本不具可比性，显然不能直接用来计算。标准化处理后每个指标所对应的一行数据其标准差都为1，原始数据的量纲影响被消除，数据可用。标准化处理的公式为： 公式一处理后数据见表格二山西安徽江西河南湖南湖北地区生产总值 经济增长率(按可比价格) 社会消费品零售总额 社会固定资产投资 城乡居民储蓄存款余额 进出口总额（亿美元） 财政总收入（亿元） 规模以上工业增加值 城镇居民人均可支配收入 居民消费价格总指数 表格二、层次分析模型建立与计算过程1、建立层次结构图经济发展状况地区生产总值经济增长率（按可比价格）社会消费品零售总额社会固定资产投资城乡居民储蓄存款余额进出口总额财政总收入规模以上工业增加值城镇居民人均可支配收入居民消费价格总指数注：第一层综合经济发展状况为目标层。第二层为准则层，10个经济指标以不同权重衡量总经济状况。2、构造成对比较矩阵注： 代表指标 与指标 在总经济评价中重要性之比。矩阵中数字都为1-9的数字或其倒数，因为在进行主观定性成对比较时，人们头脑中通常有5种明显的等级，用1-9尺度可以方便的表示如下尺度 含义135792，4，6，81，1/2,...1/9与 的影响相同比 的影响稍强比 的影响强比 的影响明显的强比 的影响绝对的强与 的影响之比在上述两个相邻等级之间与 的影响之比为上面 的互反数例如 代表 地区生产总值比 社会消费品零售总额在总经济衡量中影响强。2、做一致性检验并计算权重成对比较阵A并不是一致阵，但如果其不一致程度在允许的范围内，其对应于特征根 的特征向量可以作为被比较因素的权向量。定义 公式二为一致性指标。当 时矩阵为一致阵，一致性指标 等于0； 越大矩阵的不一致程度越严重。为了确定A的不一致程度的容许范围，需要找出衡量A的一致性指标 的标准。为此引进随机一致性指标 ， 的具体数值见下表1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 110 0 定义一致性比率 公式三当 时认为A的不一致程度在容许范围之内，可用其特征向量作为权向量。在MATLAB上运行，程序见附件一，得到矩阵A的最大特征根 对应于此特征根的特征向量为 将 代入公式二、三中计算,一致性检验通过，对应于最大特征根的特征向量可以作为权向量，不过还应该进行归一化处理，因为所有指标的权值相加应为1.归一化处理后得到向量，即对应为各个指标的权值。、灰色关联分析模型与计算过程1、确定比较数列与参考数列（数据使用经过标准化处理的表格二）选取每个指标的最大值为参考数列，每个指标的实际值为比较数列。令 比较数列为： 参考数列为： 在表格二上找出每行的最大值，即得到参考数列为：其中 分别代表10个指标， 代表六个被比较省份2、计算灰色关联系数灰色关联系数的定义为公式四式四中： 是比较数列 与参考数列 在第 个评价指标上的相对差值是分辨率，在此取比较常用的 在EXCEL上分布使用公式，拆分进行计算后，得到各个省在10个指标上的灰色关联系数，见表格三山西安徽江西河南湖南湖北地区生产总值 经济增长率(按可比价格) 社会消费品零售总额 社会固定资产投资 城乡居民储蓄存款余额 进出口总额（亿美元） 财政总收入（亿元） 规模以上工业增加值 城镇居民人均可支配收入 居民消费价格总指数 表格三3、计算灰色关联度考虑到各个指标的权重问题，计算灰色加权关联度，公式为：式五在层次分析模型建立中，已经得到各个指标的权重值 在EXCEL上进行乘法、求和运算，得到六个省的灰色关联度见表格四山西安徽江西河南湖南湖北灰色加权关联度 排名1 5 6 3 4 2 表格四至此得到最终中部六省经济发展情况排行榜。山西第一江西最末，中依次是湖北、河南、湖南、安徽。