《数学实践与应用》共分8章,内容涵盖了中学生在数学建模过程中采用的一些常用方法和常用模型,包括初等数学模型、线性规划、整数规划、微分方程、层次分析法、概率统计方法和学生范文选编等。
《数学实践与应用》可作为中学生数学课外阅读书籍,也可以作为中学开展数学课外活动的资料。
近年来,随着科学技术的发展和社会的进步,数学在实践问题中的应用不但在它的传统领域,如工业制造、天文学、农业、美术、计算机、建筑学等,发挥着越来越重要的作用,而且不断地向新的领域拓展,如生命科学、医学、金融、交通、人口、地质、社会科学、管理学、人工智能、融媒体等。此外,现代科学体系的建立和巨大进步也与数学密不可分,同时数学与其他学科领域的结合反过来也推动了数学学科自身的发展。如牛顿通过数学建模,建立了万有引力定律和运动定律,并与莱布尼茨一起发明了微积分,奠定了现代科学的基础;又如进化论和遗传学推动了数理统计学的建立;再如计算机科学引领着信息化和人工智能时代的到来,其中数学的作用不可或缺,近几十年来,数学分析和数学建模的应用已经拓展到生物学领域,生物数学、基因工程、系统生物学等的发展,导致生物科学的日益定量化,进而推动了现代医学的巨大进步。可以说,几乎在现代自然科学和社会科学的所有领域,都出现了应用数学实践和数学方法的趋势,
目前数学学科已经建立了非常完整的学科体系,特别是应用数学,其内涵已经从原来单纯的数学应用拓展到数学新模型、新方法、新算法、新体系的建立和完善,其中就包括现有数学方法在新领域中的应用、拓展和推广;已有数学方法发现新的自然现象;已有数学方法在应用过程中的改进和延伸;研究新的科学问题需要发明新的数学方法进行分析和建模;科学的发展使得现有问题对数学方法和数学算法提出了更高要求等,因此,可以说现实世界就是数学发展的源泉,数学不但是一个解决问题的工具,而且已成为时代文化的一个重要组成部分。一些数学概念、语言已渗透到日常生活中,一些数学原理已成为人们的必备知识。如面积、体积、对称、百分数、平均数、比例、角度等已成为社会生活中的常见名词;像人口增长率、生产统计图、股票趋势图等统计术语也不断出现在报刊、电视等大众信息传播媒介中;储蓄、债券、保险、面积、体积计算(估算)、购物决策等都成为人们难以回避的现实问题,而这些问题本身的研究同时也对应用数学提出了更高的要求,促进了应用数学学科体系的发展。
数学实践是结合学生有关数学方面的知识背景和生活经验,引导学生以自主探索与合作交流的方式开展的形式多样、丰富多彩的学习活动。实际问题往往不是以现成的数学问题形式出现的,这时要用数学方法去解决它,关键的一步是用数学的语言和符号表述所研究的对象,即建立数学模型,这个过程简称数学建模。在此基础上才有可能利用数学的理论和方法进行深入的研究,从而为解决现实问题提供定量的结果或有价值的指导,因此数学建模的方法对于数学的实践和应用非常重要。
第1章 数学实践与应用概述
1.1 为什么要进行数学实践
1.2 数学建模与数学应用题
1.3 数学建模的一般步骤
1.3.1 数学模型的分类
1.3.2 数学建模的一般方法
1.4 简单例子
1.4.1 生猪的最佳出售时间问题
1.4.2 椅子放稳问题
1.5 实践报告(论文)的一般形式
第2章 初等数学模型
2.1 状态转移问题
2.1.1 人、狗、鸡、米问题
2.1.2 商人过河问题
2.2 比例与函数建模
2.2.1 动物体型问题
2.2.2 双重玻璃的功效
2.2.3 公平的席位分配问题
2.2.4 划艇比赛的成绩
2.3 学生实践案例——车辆测速问题
习题
第3章 资源分配与线性规划模型
3.1 问题引入
3.2 求解方法
3.2.1 图解法
3.2.2 利用MATLAB求解
3.2.3 利用LINGO求解
3.3 建模案例
习题
第4章 整数规划
4.1 问题引入
4.2 求解方法
4.2.1 分枝定界法
4.2.2 利用MATLAB求解
4.2.3 利用LINGO求解
4.3 建模案例
习题
第5章 微分方程模型
5.1 问题引入
5.2 求解方法
5.2.1 数值解法
5.2.2 利用MATLAB求解
5.3 学生实践案例——关于开放二孩政策上海地区的人口预测
习题
第6章 层次分析法
6.1 问题引入
6.2 求解方法基本步骤
6.3 学生实践案例——基于模糊层次分析法的销售人员综合绩效评价方法及应用
习题
……
第7章 概率统计方法
第8章 学生范文选编
参考文献