数学建模作业

发布 2020-02-19 11:49:28 阅读 7483

建议:四个人一组:两个正方,两个反方,辩论时间共7分钟左右。

therearethreesegments:

正方30秒,反方30秒)

分钟左右)反方30秒,正方30秒,)

徐永干 20124003 李聪20123997

一问题重述。

人在雨中从一处沿直线跑到另一处,若雨速为常数且方向不变,试建立数学模型讨论是否跑得越快,淋雨量越少?

将人体简化成一个长方体,高(颈部以下),宽,厚。设跑步距离,跑步最大速度,雨速,降雨量,记跑步速度为。按以下步骤进行讨论。

二、问题分析。

1)如何度量一个人的形体?

2)如何度量雨下的大小?

1、降雨的速度和降水的强度保持不变;

2、人在雨中行走的速度是定量;

3、风速保持恒定;

4、人体视为一个长方体。

5、假设产生的影响各个因素相互独立;

人在雨中行走的距离(米)

人在雨中行走的时间(秒)

人在雨中行走的速度(米/秒)

人的高度,宽度和厚度(米)

降雨量(降雨强度,单位时间平面上的降下雨水的厚度,厘米/小时)

淋雨的总量(升)

雨滴落下的速度。

雨滴的密度(时意味着大雨倾盆)。

降雨的角度(雨滴落下的方向与行走的方向之间的夹角) 利用新的记号,

注:以上是本文中的全局变量符号说明,在建模过程中引入的局部变量在**中局部说明)

模型一:当不考虑降雨角度时,假设淋雨的部位时全身所有部位,因此淋雨的面积为。淋雨时间为:,淋雨量为:

问题二:考虑降雨的角度影响(迎面):

模型二:,淋雨的部位为顶部和前方。

头顶部淋雨量为:,前方的淋雨量为:,总的淋雨量为:,从表达式可以看出,雨中行走的速度越快,淋雨量越小。

问题三:考虑降雨的角度影响(背面):

模型三:,雨滴将从身后落下(设)

1): 行走的速度慢于雨滴的水平运动速度。淋在后背上的雨水量为,淋雨总量为:。由于v的限制,最大的行走速度为,雨水量。

2): 行走的速度快于雨滴的水平运动速度,此时可以想象人在追赶雨滴,雨水淋在胸前,淋雨量为。总的淋雨量为。

这样得到淋雨量的数学模型为:

两个式子都是速度的减函数,第二个式子中关于v的增减性取决于是否大于零,而这需要看人的体形决定。

模型求解:5.1 问题一的求解。

将上述数据代入模型一进行求解,有。

5.2问题二的求解:

由模型二知:雨中行走的速度越快,淋雨量越小。所以取时淋雨量最少。当时:

当时:。5.3问题三的求解:

由模型三可知当速度越快时,淋雨量越少。所以取时淋雨量最少。当:

2)时小于零,是关于v的增函数,所以速度应当最小,即速度为,此时。

5.4问题。

四、问题五的求解:

1. 人行走的路线为直线,行走距离为d, 跑步最大速度。

选择适当的直角坐标系,使人行走速度为:,则行走的时间为。

2. 雨的速度不变,记为:

相对速度:3. 人体为长方体,其前、侧、顶的面积之比为

单位时间内的淋雨量正比于 ,从而总淋雨量正比于。

(行走的时间为)

已知求为何值是最小?

的情形(有最小值的情形(无最小值)

当时,。当时,尽可能大时,才会尽可能小。

其图像为下图。

易知无最小值。

同样有对情形的讨论。

结论:仅当时,取可使前后不淋雨,其淋雨总量最小,其它情况下,应使u尽可能的大,才能使淋雨量尽可能小,这比较符合人们生活的常识。

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