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【雨中行走问题的研究】 数学建模雨中行走问题

时间:2019-01-13 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

  人们外出行走,途中遇雨,未带雨伞势必淋雨,自然就会想到,走多快才会少淋雨呢?一个简单的情形是只考虑人在雨中沿直线从一处向另一处行进,雨的速度(大小和方向)已知,问行人走的速度多大才能使淋雨量最少。
  参与这问题的因素:
  降雨的大小; 风(降雨)的方向; 路程的远近和人跑的快慢。
  分析:
  淋雨量在数学上如何表示?
  假设
  1. 人行走的路线为直线,行走距离为L
  选择适当的直角坐标系,使人行走速度为:v1=(u,0,0),则行走的时间为 L/u.
  2. 雨的速度不变,记为:v2=(vx,vy,vz)
  相对速度:v= v2- v1 =(vx-u,vy,vz)
  3. 人体为长方体,其前、侧、顶的面积之比为1:b:c
  单位时间内的淋雨量: | vx -u|+| vy |b+| vz |c
  从而总淋雨量:
  R(u)=(| vx -u|+| vy |b+| vz |c)T (行走的时间为L/u)
  =(| vx -u| +a)L/u (a=| vy |b+| vz |c >0)
  于是雨中行走问题抽象成如下数学问题:
  已知L,Vx,a,求u为何值时R(u)最小?
  1. Vx > 0
  
  vx >a的情形(有最小值) vx   当vx >a时, u=vx才使 取最小值 Rmin=La/Vx
  当vx   
  2. vx   其图像为下图:
  易知无最小值.
  同样有对Vx=0及Vx=a情形的讨论.
  结论:仅当Vx>a>0时,取u=Vx可使前后不淋雨,其淋雨总量最小, 其它情况下,都应使u尽可能大,才能使淋雨量尽可能小,这比较符合人们生活的常识。
  (作者单位:吉林农业大学发展学院)
  编辑/张俊英
  

标签:雨中 行走 研究