数学中的最优化问题

《数学中的最优化问题》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、数学中的最优化问题及应用宁夏育才中学高二（9）班咸金龙王考强包万路赵雪璞金美玲马生花吴金桃郭薇最优化概念反映了人类实践活动中十分普遍的现象，即要在尽可能节省人力、物力和时间前提下，争取获得在可能范围内的最佳效果，因此，最优化问题成为现代数学的一个重要课题，涉及统筹、线性规划、排序、不等式、函数等内容。最优化问题不仅具有趣味性，而且由于解题方法灵活，技巧性强，因此对于开拓解题思路，增强数学能力很有益处，实用性也非常强。一最优化问题及其分类（1）最优化问题在实际生活及数学中的应用示例引例1：妈妈让小明给客人浇水沏茶，洗开水壶要1分钟，烧开水要用15分钟

2、，洗茶壶要用1分钟，洗茶杯要用1分钟，拿茶叶用2分钟。按你认为最合理的安排，小明应该如何做才能让客人尽快地喝上茶。这是一个日常生活中常见的事情，虽然简单，但是里面包含了数学的一个重要思想——最优化思想和概念。引例2：5个人各拿一个水桶在自来水龙头前等候打水，他们打水所需要的时间分别是1分钟、2分钟、3分钟、4分钟和5分钟，如果只有一个水龙头适当安排他们的打水顺序，就能够使每个人排队和打水时间的总和最小，那么这个最小值是多少分钟？这也是一个统筹按排达到最优化的例子引例3：写出解方程x2－2x－3＝0的一个算法。解：算法1：第一步：移项，得x2－2x＝

3、3；①第二步：①式两边同加1并配方，得（x－1）2＝4；②第三步：②式两边开方，得x－1＝±2；③第四步：解③得x＝3或x＝－1。算法2：第一步：计算方程的判别式判断其符号△＝22＋4×3＝16＞0；第二步：将a＝1，b＝－2，c＝－3代入求根公式x＝，得x1＝3，x2＝－1评析：比较两种算法，算法2更简单，步骤少，所以利用公式解决问题是最理想、合算的算法，达到了优化算法的目的。像以上例子中所述的问题都属于最优化问题：即要在尽可能节省人力、物力和时间前提下，利用数学中的线性规划及函数，算法等争取获得在可能范围内的最佳效果。（2）中学数学中常见的最优

4、化问题：线性规划、算法的最优化，利用图解法求解函数的最值、简便运算但解决这类问题需要的基础知识相当广泛，很难做到一一列举。因此，主要是以例题的方式让大家体会解决这些问题的方法和经验二最优化问题应用举例例1:用10尺长的竹竿来截取3尺、4尺长的甲、乙两种短竹竿各100根，至少要用去原材料几根？怎样截法最合算？[分析与解]一个10尺长的竹竿应有三种截法：（1）3尺两根和4尺一根，最省；（2）3尺三根，余一尺；（3）4尺两根，余2尺。为了省材料，尽量使用方法（1），这样50根原材料，可截得100根3尺的竹竿和50根4尺的竹竿，还差50根4尺的，最好选择方

5、法（3），这样所需原材料最少，只需25根即可，这样，至少需用去原材料75根。例2:一个锐角三角形的三条边的长度分别是两位数，而且是三个连续偶数，它们个位数字的和是7的倍数，这个三角形的周长最长应是多少厘米？[分析与解]因为三角形三边是三个连续偶数，所以它们的个位数字只能是0，2，4，6，8，并且它们的和也是偶数，又因为它们的个位数字的和是7的倍数，所以只能是14，三角形三条边最大可能是86，88，90，那么周长最长为86+88+90=264厘米。例3:把25拆成若干个正整数的和，使它们的积最大。[分析与解]先从较小数形开始实验，发现其规律：把6拆成

6、3+3，其积为3×3=9最大；把7拆成3+2+2，其积为3×2×2=12最大；把8拆成3+3+2，其积为3×3×2=18最大；把9拆成3+3+3，其积为3×3×3=27最大；……这就是说，要想分拆后的数的乘积最大，应尽可能多的出现3，而当某一自然数可表示为若干个3与1的和时，要取出一个3与1重合在一起再分拆成两个2之和，因此25可以拆成3+3+3+3+3+3+3+2+2，其积37×22=8748为最大。例4:A、B两人要到沙漠中探险，他们每天向沙漠深处走20千米，已知每人最多可携带一个人24天的食物和水，如果不准将部分食物存放于途中，问其中一个人最

7、远可以深入沙漠多少千米（要求最后两人返回出发点）？如果可以将部分食物存放于途中以备返回时取用呢？[分析与解]设A走X天后返回，A留下自己返回时所需的食物，剩下的转给B，此时B共有（48-3X）天的食物，因为B最多携带24天的食物，所以X=8，剩下的24天食物，B只能再向前走8天，留下16天的食物供返回时用，所以B可以向沙漠深处走16天，因为每天走20千米，所以其中一人最多可以深入沙漠320千米。如果改变条件，则问题关键为A返回时留给B24天的食物，由于24天的食物可以使B单独深入沙漠12天的路程，而另外24天的食物要供A、B两人往返一段路，这段路为

8、24÷4=6天的路程，所以B可以深入沙漠18天的路程，也就是说，其中一个人最远可以深入沙漠360千米。例5今有围棋子140