数学与人类的日常生活密切相关,我们生活中的许多问题源于数学思想的应用.最优化思想是一类最常用的数学思想,它已广泛应用到生产、管理、商业、军事、决策等各领域。作为应用型本科院校的教师,我们在教学中要将数学优化问题有效地结合到生活实际中,引导学生应用数学,让他们试着从众多的解决方案中寻求到最优化的方案,使他们感受到数学的应用价值,这页是一种调动学生积极学习数学的办法.
最优化问题,是指在现实生活中,通过适当的规划安排,使完成一件事所用的费用最少、路线最短、产值最高、容积最大等等.也就是要在各种方案中,寻求一个最节约、最合理的方案.例如:由于各种因素,一位男士在两个月里必须结婚,眼下有甲、乙、丙三位女士可以选择,那他如何选择可以娶到更好的老婆?那么我们可以这样规划:这位男士可以选择和其中任意一位女生试着交往一个月(在于该女士交往的过程中不能与其她女士有联系),一个月后若他觉得满意就与她结婚,如果不满意就从剩余的人中选出一个,与之交往一个月,第二个月之后他觉得满意的话就与之结婚,若不满意就与剩余的那位女士结婚.那么根据这个规则男士应该采取什么策略才能取到最好的老婆?
答案是这样的:用列举法如下
第一个月交往的女士 |
第二个月交往的女士 |
最后一位女士 |
最终结果 |
好 |
中 |
差 |
差 |
好 |
差 |
中 |
中 |
中 |
好 |
差 |
好 |
中 |
差 |
好 |
好 |
差 |
中 |
好 |
中 |
差 |
好 |
中 |
好 |
也就是说,不管交往的第一位女士好与不好都不要娶,如果第二位女士比第一位女士好就娶她,否则就娶最后一位女士.这样能保证娶到最差的老婆的概率最小(概率为),娶到最好的老婆的概率最大(概率为).
解决生活中的优化问题要注意两点:一是明确问题,即通过问题描述中已知的数量关系把生活问题转化为单纯的数学问题,我们称之为数学建模的过程;二是建模后的求解问题,即用相关的数学知识将其解答出.
例如:美佳公司计划制造Ⅰ、Ⅱ两种家电产品.已知制造一件时分别占用的设备的台时、调试工序时间及每天可用于这两种家电的能力、各售出一件时的获利情况,如下表所示。问该公司应制造两种家电各多少件,使获取的利润最大?
项目 |
Ⅰ |
Ⅱ |
每天可用能力 |
设备 |
0 |
5 |
15 |
设备 |
6 |
2 |
24 |
调试工序 |
1 |
1 |
5 |
利润 |
2 |
1 |
|
第一步:建立数学模型
若用变量和分别表示美佳公司制造家电Ⅰ和Ⅱ的数量.这时公司可获利元,令,因问题中要求获取的利润最大,即.这里的取值收到设备和调试工序能力的限制.由此得出该问题的数学模型:
其中表示“约束于”.
第二步:用图解法解得当时,目标函数达到最大值8.5.