解题活动等同于数学建模活动中的模型求解环节,是隶属于数学建模活动。在数学建模的活动过程中,数学的解题活动必不可少,当使用数学语言对现实问题进行描述以后,进一步就需要进行解题活动以获得模型结果。
例1:某商人如果将进货单价为8元的商品按每件10元售出时,每天可销售100件,现在他采用提高售出价,减少进货量的办法,增加利润,已知这种商品每件涨价1元,其销售数量就减少10个,问他将售价定为多少时,方能赚得利润最大?
建模过程如下:① 将实际问题转化为数学模型:设每件提价x元,(x≥0),利润为y元,则每天销售额为(10+x)(100-10x)元,进货总价为8(100-10x),故0≤x≤10。
∵利润=销售总价-进货总价 ∴有y=(2+x)(100-10x) (0≤x≤10)。 即原问题转化为数学模型:二次函数的最值问题
②对数学模型求解:y=(2+x)(100-10x)= -10(x-4)2+360 (0≤x≤10)当x=4时 Ymax=360
例1中在将实际的商人定价问题建立数学模型后,变成了二次函数的极值问题,下面就是解题教学中所传授的二元函数极值的解题过程。由于获得建模结果是我们建模的最终目的,因此我们在强调应用数学解决现实问题的数学素质教育的时候,同样不能弱化最终获得模型结果环节的数学解题的教育。
数学建模活动具有与解题活动中不同过程。数学建模活动中的建立模型的环节是将现实问题用数学语言来描述,现实问题中包含着大量已知数学条件,如何甄别和挑选需要的已知数学条件来建立模型以及通过什么样的数学语言来描述它是解题活动中所没有的过程。
需要挑选哪些已知数学条件而摒弃其他的,往往需要抓住现实问题的本质才能有效。
例2:18世纪在哥尼斯堡城(今俄罗斯加里宁格勒)的普莱格尔河上有7座桥,将河中的两个岛和河岸联结,如图1所示。岛上有一所古老的哥尼斯堡城大学。据说,每天傍晚时分,这所大学的学生们总要散步于这七座大桥之间,当时有人提出:能否在一次散步中把每座桥都走一次且只走一次,最后又回到原来的位置。
这个问题中,已知条件较多,两个岛、两个河岸、七座桥、一条河等等。那么这些条件中哪些是建模需要的呢? 大数学家欧拉只使用了其中的4个陆地,7座桥建立了一个数学模型,如图2,ABCD4个点代表4块分割的陆地,7条线代表了7座桥,这些数学条件的选择抓住了每座桥都走一遍并且还能回到原来位置的实际问题的本质。如果将河的宽度,桥的长度,岛的大小之类的条件都加入到数学模型中,模型的复杂度将大大增加,但是对于解决实际问题并没有什么帮助。然而解题活动中,题目的已知条件被精简到多一个用不上,少一个无法解答的地步,学生在解题活动中已经养成了已知条件皆有用且足够的定式。然而现实中还有很多问题需要自己去寻找和获取需要的数学条件,这些对于适应了纯解题活动的学生来说还是有一定难度的。
使用怎样的数学语言来描述,一方面是掌握的已知数学知识,另一方面是更为重要的创新思维创造的新数学语言。在例2中,欧拉使用了如图2中的数学语言描述方式在当时并不存在,创新的思维让他解决了这个问题。
数学建模活动对于学习解题方法具有积极作用。目前的数学教学中,由于应试的压力,解题的教学往往侧重于”解”本身而不在于”学解”,也就是题海战术。大量的练习,学生学会了千万种类型的题目的解法,但是一旦遇到新类型的题目,还是不会”解”。这些会解的题目在今后的生活和工作中也基本无用。解题教学的关键是”学解”,重质而不是重量。
数学建模活动中,由于现实的问题千变万化,随着时间的变化,不停的新问题出现,没有人能够把所有问题都总结下来,让学生去练习,这样题海战术就是失效了。只能从数学建模活动的第一步开始,仔细分析问题(弄清问题),独立思考发挥创新的思维建立模性(制定计划),使用合适的方法解答(执行计划),在验证环节中,还必须对建立的模型和解答做进一步的验证和反思(回顾)。这样的过程无形中”逼迫”学生使用了正确的解题方法。
良好的解题能力对于数学建模具有事半功倍的作用。当你学会使用正确的解题方法,拥有组织良好数量庞大的知识体系以及思维体系的时候,就拥有了良好的解题能力。遇到现实问题建立模型的时候,不需要什么小处都创新,毕竟前人的经验是你来说是成本低廉的。使用这些成本低廉的经验对你来说就是事半功倍。 |