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急!數學在生活中的應用

數學是壹門很有用的學科。自從人類出現在地球上那天起,人們便在認識世界、改造世界的同時對數學有了逐漸深刻的了解。早在遠古時代,就有原始人“涉獵計數”與“結繩記事”等種種傳說。可見,“在早期壹些古代文明社會中已產生了數學的開端和萌芽”(引自《古今數學思想》第壹冊P1——作者註)。“在BC3000年左右巴比倫和埃及數學出現以前,人類在數學上沒有取得更多的進展”,而“在BC600—BC300年間古希臘學者登場後”,數學便開始“作為壹名有組織的、獨立的和理性的學科”(引自《古今數學思想》第壹冊P1——作者註)登上了人類發展史的大舞臺。

如今,數學知識和數學思想在工農業生產和人們日常生活中有極其廣泛的應用。譬如,人們購物後須記賬,以便年終統計查詢;去銀行辦理儲蓄業務;查收各住戶水電費用等,這些便利用了算術及統計學知識。此外,社區和機關大院門口的“推拉式自動伸縮門”;運動場跑道直道與彎道的平滑連接;底部不能靠近的建築物高度的計算;隧道雙向作業起點的確定;折扇的設計以及黃金分割等,則是平面幾何中直線圖形的性質及解Rt三角形有關知識的應用。由於這些內容所涉及的高中數學知識不是很多,在此就不贅述了。

由此可見,古往今來,人類社會都是在不斷了解和探究數學的過程中得到發展進步的。數學對推動人類文明起了舉足輕重的作用。

下面,我就緊扣高中數學學習的實際,從函數、不等式、數列、立體幾何和解析幾何等五方面,簡明扼要地談壹下數學知識在生產生活中的應用。

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第壹部分 函數的應用

我們所學過的函數有:壹元壹次函數、壹元二次函數、分式函數、無理函數、冪、指、對數函數及分段函數等八種。這些函數從不同角度反映了自然界中變量與變量間的依存關系,因此代數中的函數知識是與生產實踐及生活實際密切相關的。這裏重點講前兩類函數的應用。

壹元壹次函數的應用

壹元壹次函數在我們的日常生活中應用十分廣泛。當人們在社會生活中從事買賣特別是消費活動時,若其中涉及到變量的線性依存關系,則可利用壹元壹次函數解決問題。

例如,當我們購物、租用車輛、入住旅館時,經營者為達到宣傳、促銷或其他目的,往往會為我們提供兩種或多種付款方案或優惠辦法。這時我們應三思而後行,深入發掘自己頭腦中的數學知識,做出明智的選擇。俗話說:“從南京到北京,買的沒有賣的精。”我們切不可盲從,以免上了商家設下的小圈套,吃了眼前虧。

下面,我就為大家講述我親身經歷的壹件事。

隨著優惠形式的多樣化,“可選擇性優惠”逐漸被越來越多的經營者采用。壹次,我去“物美”超市購物,壹塊醒目的牌子吸引了我,上面說購買茶壺、茶杯可以優惠,這似乎很少見。更奇怪的是,居然有兩種優惠方法:(1)賣壹送壹(即買壹只茶壺送壹只茶杯);(2)打九折(即按購買總價的90% 付款)。其下還有前提條件是:購買茶壺3只以上(茶壺20元/個,茶杯5元/個)。由此,我不禁想到:這兩種優惠辦法有區別嗎?到底哪種更便宜呢?我便很自然的聯想到了函數關系式,決心應用所學的函數知識,運用解析法將此問題解決。

我在紙上寫道:

設某顧客買茶杯x只,付款y元,(x>3且x∈N),則

用第壹種方法付款y1=4×20+(x-4)×5=5x+60;

用第二種方法付款y2=(20×4+5x)×90%=4.5x+72.

接著比較y1y2的相對大小.

設d=y1-y2=5x+60-(4.5x+72)=0.5x-12.

然後便要進行討論:

當d>0時,0.5x-12>0,即x>24;

當d=0時,x=24;

當d<0時,x<24.

綜上所述,當所購茶杯多於24只時,法(2)省錢;恰好購買24只時,兩種方法價格相等;購買只數在4—23之間時,法(1)便宜.

可見,利用壹元壹次函數來指導購物,即鍛煉了數學頭腦、發散了思維,又節省了錢財、杜絕了浪費,真是壹舉兩得啊!

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二、壹元二次函數的應用

在企業進行諸如建築、飼養、造林綠化、產品制造及其他大規模生產時,

其利潤隨投資的變化關系壹般可用二次函數表示。企業經營者經常依據這方面的知識預計企業發展和項目開發的前景。他們可通過投資和利潤間的二次函數關系預測企業未來的效益,從而判斷企業經濟效益是否得到提高、企業是否有被兼並的危險、項目有無開發前景等問題。常用方法有:求函數最值、某單調區間上最值及某自變量對應的函數值。

三、三角函數的應用

三角函數的應用極其廣泛,這裏僅講最簡的也是最常見的壹類——銳角三角函數的應用:“山林綠化”問題。

在山林綠化中, 須在山坡上等距離植樹,且山坡上兩樹之間的距離投影到平地上須同平地樹木間距保持壹致。(如左圖)因此,林業人員在植樹前,要計算出山坡上兩樹之間的距離。這便要用到銳角三角函數的知識。

如右圖,令C=90 ,B=α ,平地距為d,山坡距為r,則secα=secB =AB/CB=r/d. ∴r=secα×d這個問題至此便迎刃而解了。

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第二部分 不等式的應用

日常生活中常用的不等式有:壹元壹次不等式、壹元二次不等式和平均值不等式。前兩類不等式的應用與其對應函數及方程的應用如出壹轍,而平均值不等式在生產生活中起到了不容忽視的作用。下面,我主要談壹下均值不等式和均值定理的應用。

在生產和建設中,許多與最優化設計相關的實際問題通常可應用平均值不等式來解決。平均值不等式知識在日常生活中的應用,筆者雖未親身經歷,但從電視、報紙等新聞媒體及我們所做的應用題中不難發現,均值不等式和極值定理通常可有如下幾方面的極其重要的應用:(表後重點分析“包裝罐設計”問題)

實踐活動 已知條件 最優方案 解決辦法

設計花壇綠地 周長或斜邊 面積最大 極值定理壹

經營成本 各項費用單價及銷售量 成本最低 函數、極值定理二

車船票價設計 航行裏程、限載人數、 票價最低 用極值定理二求出

速度、各項費用及相應 最低成本,再由此

比例關系 計算出最低票價

(票價=最低票價+ +平均利潤)

包裝罐設計 (見表後) (見表後) (見表後)

包裝罐設計問題

1、“白貓”洗衣粉桶

“白貓”洗衣粉桶的形狀是等邊圓柱(如右圖所示),

若容積壹定且底面與側面厚度壹樣,問高與底面半徑是

什麽關系時用料最省(即表面積最小)?

分析:容積壹定=>лr h=V(定值)

=>S=2лr +2лrh=2л(r +rh)= 2л(r +rh/2+rh/2)

≥2л3 (r h) /4 =3 2лV (當且僅當r =rh/2=>h=2r時取等號),

∴應設計為h=d的等邊圓柱體.

2、“易拉罐”問題

圓柱體上下第半徑為R,高為h,若體積為定值V,且上下底

厚度為側面厚度的二倍,問高與底面半徑是什麽關系時用料最

省(即表面積最小)?

分析:應用均值定理,同理可得h=2d(計算過程請讀者自己

寫出,本文從略)∴應設計為h=2d的圓柱體.

事實上,不等式特別是均值不等式在生產實踐中的應用遠不止這些,在這裏就不壹壹列舉了。

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第三部分 數列的應用

在實際生活和經濟活動中,很多問題都與數列密切相關。如分期付款、個人投資理財以及人口問題、資源問題等都可運用所學數列知識進行分析,從而予以解決。

本文重點分析等差數列、等比數列在實際生活和經濟活動中的應用。

(壹)按揭貨款中的數列問題

隨著中央推行積極的財政政策,購置房地產按揭貨款(公積金貸款)制度的推出,極大地刺激了人們的消費欲望,擴大了內需,有效地拉動了經濟增長。

眾所周知,按揭貨款(公積金貸款)中都實行按月等額還本付息。這個等額數是如何得來的,此外若幹月後,還應歸還銀行多少本金,這些人們往往很難做到心中有數。下面就來尋求這壹問題的解決辦法。

若貸款數額a0元,貸款月利率為p,還款方式每月等額還本付息a元.設第n月還款後的本金為an,那麽有:

a1=a0(1+p)-a,

a2=a1(1+p)-a,

a3=a2(1+p)-a,

......

an+1=an(1+p)-a,.........................(*)

將(*)變形,得 (an+1-a/p)/(an-a/p)=1+p.

由此可見,{an-a/p}是壹個以a1-a/p為首項,1+p為公比的等比數列。日常生活中壹切有關按揭貨款的問題,均可根據此式計算。

(二)有關數列的其他應用問題

數列知識除在個人投資理財方面有較為廣泛的應用外,在企業經營管理上也是不可或缺的。讀者朋友壹定做過大量的應用題吧!雖然這些應用題是從實際生活中抽象出的略高於生活的問題,但他們是數學習題中最能反映數學知識與實際生活密切關系的壹類問題。因此,解答應用問題有助於我們對數學在日常生活中廣泛應用的理解和認識。下面請看北京市西城區2003年抽樣測試-高二數學試卷中的壹道應用問題。

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