《數(shù)學(xué)實踐與應(yīng)用》共分8章,內(nèi)容涵蓋了中學(xué)生在數(shù)學(xué)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(xué)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(xué)生范文選編等。
《數(shù)學(xué)實踐與應(yīng)用》可作為中學(xué)生數(shù)學(xué)課外閱讀書籍,也可以作為中學(xué)開展數(shù)學(xué)課外活動的資料。
近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會的進(jìn)步,數(shù)學(xué)在實踐問題中的應(yīng)用不但在它的傳統(tǒng)領(lǐng)域,如工業(yè)制造、天文學(xué)、農(nóng)業(yè)、美術(shù)、計算機、建筑學(xué)等,發(fā)揮著越來越重要的作用,而且不斷地向新的領(lǐng)域拓展,如生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、金融、交通、人口、地質(zhì)、社會科學(xué)、管理學(xué)、人工智能、融媒體等。此外,現(xiàn)代科學(xué)體系的建立和巨大進(jìn)步也與數(shù)學(xué)密不可分,同時數(shù)學(xué)與其他學(xué)科領(lǐng)域的結(jié)合反過來也推動了數(shù)學(xué)學(xué)科自身的發(fā)展。如牛頓通過數(shù)學(xué)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(xué)的基礎(chǔ);又如進(jìn)化論和遺傳學(xué)推動了數(shù)理統(tǒng)計學(xué)的建立;再如計算機科學(xué)引領(lǐng)著信息化和人工智能時代的到來,其中數(shù)學(xué)的作用不可或缺,近幾十年來,數(shù)學(xué)分析和數(shù)學(xué)建模的應(yīng)用已經(jīng)拓展到生物學(xué)領(lǐng)域,生物數(shù)學(xué)、基因工程、系統(tǒng)生物學(xué)等的發(fā)展,導(dǎo)致生物科學(xué)的日益定量化,進(jìn)而推動了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的巨大進(jìn)步?梢哉f,幾乎在現(xiàn)代自然科學(xué)和社會科學(xué)的所有領(lǐng)域,都出現(xiàn)了應(yīng)用數(shù)學(xué)實踐和數(shù)學(xué)方法的趨勢,
目前數(shù)學(xué)學(xué)科已經(jīng)建立了非常完整的學(xué)科體系,特別是應(yīng)用數(shù)學(xué),其內(nèi)涵已經(jīng)從原來單純的數(shù)學(xué)應(yīng)用拓展到數(shù)學(xué)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(xué)方法在新領(lǐng)域中的應(yīng)用、拓展和推廣;已有數(shù)學(xué)方法發(fā)現(xiàn)新的自然現(xiàn)象;已有數(shù)學(xué)方法在應(yīng)用過程中的改進(jìn)和延伸;研究新的科學(xué)問題需要發(fā)明新的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行分析和建模;科學(xué)的發(fā)展使得現(xiàn)有問題對數(shù)學(xué)方法和數(shù)學(xué)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(xué)發(fā)展的源泉,數(shù)學(xué)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(xué)概念、語言已滲透到日常生活中,一些數(shù)學(xué)原理已成為人們的必備知識。如面積、體積、對稱、百分?jǐn)?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(yīng)用數(shù)學(xué)提出了更高的要求,促進(jìn)了應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)科體系的發(fā)展。
數(shù)學(xué)實踐是結(jié)合學(xué)生有關(guān)數(shù)學(xué)方面的知識背景和生活經(jīng)驗,引導(dǎo)學(xué)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(xué)習(xí)活動。實際問題往往不是以現(xiàn)成的數(shù)學(xué)問題形式出現(xiàn)的,這時要用數(shù)學(xué)方法去解決它,關(guān)鍵的一步是用數(shù)學(xué)的語言和符號表述所研究的對象,即建立數(shù)學(xué)模型,這個過程簡稱數(shù)學(xué)建模。在此基礎(chǔ)上才有可能利用數(shù)學(xué)的理論和方法進(jìn)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(dǎo),因此數(shù)學(xué)建模的方法對于數(shù)學(xué)的實踐和應(yīng)用非常重要。
第1章 數(shù)學(xué)實踐與應(yīng)用概述
1.1 為什么要進(jìn)行數(shù)學(xué)實踐
1.2 數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)應(yīng)用題
1.3 數(shù)學(xué)建模的一般步驟
1.3.1 數(shù)學(xué)模型的分類
1.3.2 數(shù)學(xué)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(xué)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(xué)生實踐案例——車輛測速問題
習(xí)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(xí)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(xí)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(xué)生實踐案例——關(guān)于開放二孩政策上海地區(qū)的人口預(yù)測
習(xí)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(xué)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(yīng)用
習(xí)題
……
第7章 概率統(tǒng)計方法
第8章 學(xué)生范文選編
參考文獻(xiàn)