福建师范大学2020年秋作业《数学建模》期末考试A卷答案.docx

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《数学建模》期末考试A卷

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一、判断题（每题3分，共15分）

1、模型具有可转移性。

------------------------------（对 ）

2、一个原型，为了不同的目的可以有多种不同的模型。

----（对 ）

3、一个理想的数学模型需满足模型的适用性和模型的可靠性。

-------------------------------------------（ 对 ）

4、力学中把质量、长度、时间的量纲作为基本量纲。

------（ 对）

5、数学模型是原型的复制品。

 -----------------（ 错 ）

二、不定项选择题（每题3分，共15分）

1、下列说法正确的有 AC 。

A、评价模型优劣的唯一标准是实践检验。

B、模型误差是可以避免的。

C、生态模型属于按模型的应用领域分的模型。

D、白箱模型意味着人们对原型的内在机理了解不清楚。

2、建模能力包括 ABCD 。

A、理解实际问题的能力 B、抽象分析问题的能力

C、运用工具知识的能力 D、试验调试的能力

3、按照模型的应用领域分的模型有 AE 。

A、传染病模型 B、代数模型 C、几何模型

D、微分模型 E、生态模型

4、对黑箱系统一般采用的建模方法是 C 。

A、机理分析法 B、几何法 C、系统辩识法 D、代数法

5、一个理想的数学模型需满足 AB 。

A、模型的适用性 B、模型的可靠性 C、模型的复杂性 D、模型的美观性

三、用框图说明数学建模的过程。

（10分）

答：

概括的说，数学模型就是一个迭代的过程，其一般建模步骤用框架图表示如下：

四、建模题（每题15分，共60分）

1、四条腿长度相等的椅子放在起伏不平的地面上，4条腿能否同时着地？

解：

4条腿能同时着地

（一） 模型假设

对椅子和地面都要作一些必要的假设：

对于此题，如果不用任何假设很难证明，结果很可能是否定的。

因此对这个问题我们假设:

（1）地面为连续曲面

（2）长方形桌的四条腿长度相同

（3）相对于地面的弯曲程度而言，方桌的腿是足够长的

（4）方桌的腿只要有一点接触地面就算着地。

那么，总可以让桌子的三条腿是同时接触到地面。

（二）模型建立

现在，我们来证明:

如果上述假设条件成立，那么答案是肯定的。

以长方桌的中心为坐标原点作直角坐标系如图所示，方桌的四条腿分别在A、B、C、D处，A、B、C、D的初始位置在与x轴平行，再假设有一条在x轴上的线ab,则ab也与A、B，C、D平行。

当方桌绕中心0旋转时，对角线ab与x轴的夹角记为θ。

容易看出，当四条腿尚未全部着地时，腿到地面的距离是不确定的。

为消除这一不确定性，令f（θ） 为A、B离地距离之和，g（θ）为C、D离地距离之和，它们的值由θ唯一确定。

由假设

（1），f（θ）,g（θ）均为0的连续函数叹由假设（3）,三条腿总能同时着地，故f（θ）g（θ）=0必成立（ ）。

f（θ）,g（θ）均为0的连续函数。

又由假设（3）,三条腿总能同时着地，故f（θ）g（θ）=0必成立（）。

不妨设f（θ）=0,g（θ）>0（若g（0）也为0,则初始时刻已四条腿着地，不必再旋转），于是问题归结为:

已知f（0）,g（θ）均为θ的连续函数，f（0）=0,g（0）>0且对任意θ有f（θ）g（θ）=0,求证存在某一0。

，使f（θ）g（θ）=0。

（三）模型求解

证明:

当日=π时，AB与CD互换位置，故f（π）>0,g（π）=0o作h（θ）=f（θ）-g（θ），显然，h（θ）也是θ的连续函数，h（θ）=f（θ）- g（θ）<0而h（π）=f（π）-8（r）>0，由连续函数的取零值定理，存在θ，0<θ<π，使得h（θ）=0，即h（θ）= g（θ）。

又由于f（θ）g（θ）=0,故必有f（θ）= g（θ）=0,证毕。

2、建立模型说明同样多的面粉，多包几个饺子能多包馅，还是少包几个饺子能多包馅？

解：

在饺子皮相对与饺子馅比较薄的情况下,忽略饺子皮厚度对饺子体积的影响，每个饺子能包的馅y=f（x）=kx^1.5 其中x为每个饺子消耗面粉量,k为常数。

所以能包的馅总共有 My/x=Mkx^0.5 其中M为总面粉量。

显然这个函数在0到正无穷上是增函数,

所以结论：

饺子包越大相同面粉能包的馅越多，少包几个饺子能多包馅。

3、投资生产A产品时，每生产一百吨需资金200万元，需场地200平方米，可获利润300万元；投资生产B产品时，每生产一百吨需资金300万元，需场地100平方米，可获利润200万元，现某单位可使用资金1400万元、场地900平方米，问应做怎么样的组合投资，可使所获利润最多。

解:

设生产A产品X百吨,生产B产品Y百吨,则最大利润为Z,则有模型如下：

Z=300X+200Y,

由题得X、Y需要满足：

200X+300Y≤1400

200X+100Y≤900

画图解得X=3.25；Y=2.5时Z最大，且此时Z=300*3.25+200*2.5=1475

得出，生产A产品3.25百吨，生产B产品2.5百吨时获利最大，最大利润为1475万元。

4、在某5000个人中有10个人患有一种病，现要通过验血把这10个病人查出来，若采用逐个人化验的方法许化验9999次，（这里所需化验次数是指在最坏情况下化验次数，如果碰巧，可能首先化验的10个人全是病人，10次化验就够了，下面讨论的化验次数均指在最坏情况下的化验次数）。

为了减少化验次数，人们采用分组化验的办法，即把几个人的血样混在一起，先化验一次，若化验合格，则这几个人全部正常，若混合血样不合格，说明这几个人中有病人，再对它们重新化验（逐个化验或再分组化验）。

试给出一种分组化验的方法使其化验次数尽可能地小，不超过1000次。

解：

解我们给出如下的方法:

从1000人中任取64人，把他们的血样混合化验。

一般地，n个人中有k个病人，令s使2s≤n/k<2s+1,则从n个人中任取25个人一组，当n=1000,k=10时，25=64

若这64人混合血样合格（化验是阴性）,则这64个人正常，可排除，无需再化验，再从剩下未化验的人中任取64个人，混合血样化验。

若这64人混合血样不合格（化验呈阳性），说明这64人中有病人。

把这64个人，分为两组，每组32人。

任取一组的混合血化验，即可确定有病人的一组。

（即只需化验-次，若化验的这组血样成阴性，则病人在另--组。

若化验的这组血样成阳性，这组有病人，但此时，另-组也可能有病人）。

作为最坏的可能情形，我们无法保证另-组的32人中没有病人，故选定有病。

人的一组后，把另一组人退回到未化验的人群中去。

把有病人的这组32人，再分为两组，每组16人，重复上述过程。

即化验--次，确定有病人的一组，把另一组退回到未化验的人群中。

依次下去，直到找到一个病人为止。

至此一-共化验了7次。

再从未化验的人中任取64人重复上述过程。

总之，对每次64人混合血化验成阳性的，通过7次化验可找到1个病人，由于共有10个病人，因此，这样的情形，化验次数不超过7X10=70次。

对每次64人混合血化验成阴性的，由于1000=15X64+40，化验次数不超过15次。

故总的化验次数不超过70+15=85次。