例1:从集合{1,2,3,…,20}中任选取3个不同的数,使这3个数成等差数列,这样的等差数列可以有多少个?
解:设a,b,c∈N,且a,b,c成等差数列,则a+c=2b,即a+c是偶数,因此从1到20这20个数字中任选出3个数成等差数列,则第1个数与第3个数必同为偶数或同为奇数,而1到20这20个数字中有10个偶数,10个奇数。当第1和第3个数选定后,中间数被唯一确定,因此,选法只有两类:
(1)第1和第3个数都是偶数,有几种选法;(2)第1和第3个数都是奇数,有几种选法;于是,选出3个数成等差数列的个数为:2=180个。
解后反思:此题直接求解困难较大,通过模型之间转换,将原来求等差数列个数的问题,转化为从10个偶数和10个奇数每次取出两个数且同为偶数或同为奇数的排列数的模型,使问题迎刃而解。
例2:在一块并排10垄的田地中,选择2垄分别种植A,B两种不同的作物,每种作物种植一垄,为了有利于作物生长,要求A,B两种作物的间隔不小于6垄,则不同的选垄方法共有几种(用数字作答)。
解法1:以A,B两种作物间隔的垄数分类,一共可以分成3类:
(1)若A,B之间隔6垄,选垄办法有3种;(2)若A,B之间隔7垄,选垄办法有2种;(3)若A,B之间隔8垄,选垄办法有种;故共有不同的选垄方法3+2+=12种。
解法2:只需在A,B两种作物之间插入“捆绑”成一个整体的6垄田地,就可以满足题意。因此,原问题可以转化为:在一块并排4垄的田地中,选择2垄分别种植A,B两种作物有 种,故共有不同的选垄方法=12种。
解后反思:解法1根据A,B两种作物间隔的垄数进行分类,简单明了,但注意要不重不漏。解法2把6垄田地“捆绑”起来,将原有模型进行重组,使有限制条件的问题变为无限制条件的问题,极大地方便了解题。
三、建模认识
从以上片段可以看到,其实数学建模并不神秘,只要我们老师有建模意识,几乎每章节中都有很好模型素材。
现代心理学的研究表明,对许多学生来说,从抽象到具体的转化并不比具体到抽象遇到的困难少,学生解数学应用题的最常见的困难是不会将问题提炼成数学问题,即不会建模。在新课标要求下我们怎样才能有效培养学生建模意识呢?我认为我们不仅要认识到新课标下建模的地位和要有建模意识,还应该要认识什么是数学建模及它有哪些基本步骤、类型。以下是对数学建模的一些粗浅认识。
所谓数学建模就是通过建立某个数学模型来解决实际问题的方法。数学模型可以是某个图形,也可以是某个数学公式或方程式、不等式、函数关系式等等。从这个意义上说,以上一堂课就是很好地建模实例。
一般的数学建模问题可能较复杂,但其解题思路是大致相同的,归纳起来,数学建模的一般解题步骤有:
1.问题分析:对所给的实际问题,分析问题中涉及到的对象及其内在关系、结构或性态,郑重分析需要解决的问题是什么,从而明确建模目的。
2.模型假设:对问题中涉及的对象及其结构、性态或关系作必要的简化假设,简化假设的目的是为了用尽可能简单的数学形式建立模型,简化假设必须基本符合实际。
3.模型建立:根据问题分析及模型假设,用一个适当的数学形式来反映实际问题中对象的`性态、结构或内在联系。
4.模型求解:对建立的数学模型用数学方法求出其解。
5.把模型的数学解翻译成实际解,根据问题的实际情况或各种实际数据对模型及模型解的合理性、适用性、可靠性进行检验。
从建模方法的角度可以给出高中数学建模的几种重要类型:
1.函数方法建模。当实际问题归纳为要确定某两个量(或若干个量)之间的数量关系时,可通过适当假设,建立这两个量之间的某个函数关系。
2.数列方法建模。现实世界的经济活动中,诸如增长率、降低率、复利、分期付款等与年份有关的实际问题以及资源利用、环境保护等社会生活的热点问题常常就归结为数列问题。即数列模型。
3.枚举方法建模。许多实际问题常常涉及到多种可能性,要求最优解,我们可以把这些可能性一一罗列出来,按照某些标准选择较优者,称之为枚举方法建模,也称穷举方法建模(如我们熟悉的线性规划问题)。
4.图形方法建模。很多实际问题,如果我们能够设法把它“翻译”成某个图形,那么利用图形“语言”常常能直观地得到问题的求解方法,我们称之为图形方法建模,在数学竞赛的图论中经常用到。