《數(shù)學實踐與應用》共分8章,內(nèi)容涵蓋了中學生在數(shù)學建模過程中采用的一些常用方法和常用模型,包括初等數(shù)學模型、線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、微分方程、層次分析法、概率統(tǒng)計方法和學生范文選編等。
《數(shù)學實踐與應用》可作為中學生數(shù)學課外閱讀書籍,也可以作為中學開展數(shù)學課外活動的資料。
近年來,隨著科學技術(shù)的發(fā)展和社會的進步,數(shù)學在實踐問題中的應用不但在它的傳統(tǒng)領域,如工業(yè)制造、天文學、農(nóng)業(yè)、美術(shù)、計算機、建筑學等,發(fā)揮著越來越重要的作用,而且不斷地向新的領域拓展,如生命科學、醫(yī)學、金融、交通、人口、地質(zhì)、社會科學、管理學、人工智能、融媒體等。此外,現(xiàn)代科學體系的建立和巨大進步也與數(shù)學密不可分,同時數(shù)學與其他學科領域的結(jié)合反過來也推動了數(shù)學學科自身的發(fā)展。如牛頓通過數(shù)學建模,建立了萬有引力定律和運動定律,并與萊布尼茨一起發(fā)明了微積分,奠定了現(xiàn)代科學的基礎;又如進化論和遺傳學推動了數(shù)理統(tǒng)計學的建立;再如計算機科學引領著信息化和人工智能時代的到來,其中數(shù)學的作用不可或缺,近幾十年來,數(shù)學分析和數(shù)學建模的應用已經(jīng)拓展到生物學領域,生物數(shù)學、基因工程、系統(tǒng)生物學等的發(fā)展,導致生物科學的日益定量化,進而推動了現(xiàn)代醫(yī)學的巨大進步?梢哉f,幾乎在現(xiàn)代自然科學和社會科學的所有領域,都出現(xiàn)了應用數(shù)學實踐和數(shù)學方法的趨勢,
目前數(shù)學學科已經(jīng)建立了非常完整的學科體系,特別是應用數(shù)學,其內(nèi)涵已經(jīng)從原來單純的數(shù)學應用拓展到數(shù)學新模型、新方法、新算法、新體系的建立和完善,其中就包括現(xiàn)有數(shù)學方法在新領域中的應用、拓展和推廣;已有數(shù)學方法發(fā)現(xiàn)新的自然現(xiàn)象;已有數(shù)學方法在應用過程中的改進和延伸;研究新的科學問題需要發(fā)明新的數(shù)學方法進行分析和建模;科學的發(fā)展使得現(xiàn)有問題對數(shù)學方法和數(shù)學算法提出了更高要求等,因此,可以說現(xiàn)實世界就是數(shù)學發(fā)展的源泉,數(shù)學不但是一個解決問題的工具,而且已成為時代文化的一個重要組成部分。一些數(shù)學概念、語言已滲透到日常生活中,一些數(shù)學原理已成為人們的必備知識。如面積、體積、對稱、百分數(shù)、平均數(shù)、比例、角度等已成為社會生活中的常見名詞;像人口增長率、生產(chǎn)統(tǒng)計圖、股票趨勢圖等統(tǒng)計術(shù)語也不斷出現(xiàn)在報刊、電視等大眾信息傳播媒介中;儲蓄、債券、保險、面積、體積計算(估算)、購物決策等都成為人們難以回避的現(xiàn)實問題,而這些問題本身的研究同時也對應用數(shù)學提出了更高的要求,促進了應用數(shù)學學科體系的發(fā)展。
數(shù)學實踐是結(jié)合學生有關(guān)數(shù)學方面的知識背景和生活經(jīng)驗,引導學生以自主探索與合作交流的方式開展的形式多樣、豐富多彩的學習活動。實際問題往往不是以現(xiàn)成的數(shù)學問題形式出現(xiàn)的,這時要用數(shù)學方法去解決它,關(guān)鍵的一步是用數(shù)學的語言和符號表述所研究的對象,即建立數(shù)學模型,這個過程簡稱數(shù)學建模。在此基礎上才有可能利用數(shù)學的理論和方法進行深入的研究,從而為解決現(xiàn)實問題提供定量的結(jié)果或有價值的指導,因此數(shù)學建模的方法對于數(shù)學的實踐和應用非常重要。
第1章 數(shù)學實踐與應用概述
1.1 為什么要進行數(shù)學實踐
1.2 數(shù)學建模與數(shù)學應用題
1.3 數(shù)學建模的一般步驟
1.3.1 數(shù)學模型的分類
1.3.2 數(shù)學建模的一般方法
1.4 簡單例子
1.4.1 生豬的最佳出售時間問題
1.4.2 椅子放穩(wěn)問題
1.5 實踐報告(論文)的一般形式
第2章 初等數(shù)學模型
2.1 狀態(tài)轉(zhuǎn)移問題
2.1.1 人、狗、雞、米問題
2.1.2 商人過河問題
2.2 比例與函數(shù)建模
2.2.1 動物體型問題
2.2.2 雙重玻璃的功效
2.2.3 公平的席位分配問題
2.2.4 劃艇比賽的成績
2.3 學生實踐案例——車輛測速問題
習題
第3章 資源分配與線性規(guī)劃模型
3.1 問題引入
3.2 求解方法
3.2.1 圖解法
3.2.2 利用MATLAB求解
3.2.3 利用LINGO求解
3.3 建模案例
習題
第4章 整數(shù)規(guī)劃
4.1 問題引入
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
習題
第5章 微分方程模型
5.1 問題引入
5.2 求解方法
5.2.1 數(shù)值解法
5.2.2 利用MATLAB求解
5.3 學生實踐案例——關(guān)于開放二孩政策上海地區(qū)的人口預測
習題
第6章 層次分析法
6.1 問題引入
6.2 求解方法基本步驟
6.3 學生實踐案例——基于模糊層次分析法的銷售人員綜合績效評價方法及應用
習題
……
第7章 概率統(tǒng)計方法
第8章 學生范文選編
參考文獻