數學建模:將各種實際問題轉化為數學問題,並用數學語言描述

2020-12-03 究盡數學

18世紀初,普魯士哥尼斯堡小鎮流傳著一個問題:城內一條河的兩個支流繞過一個島,有七座橋橫跨這兩支流;那麼一個人能否走過遍七座橋,而且每座橋只走一次。1736年,大數學家歐拉圓滿地證明了:沒人可以走遍七座橋。歐拉是如何做到的呢?

歐拉將實際問題抽象為平面上的點與線的組合,每一座橋視為一條線,橋所連接的地區視為點;如果從某一點出發最後再回到該點的話,則連接該點的線數必須是偶數。更進一步,歐拉給出任意一種河一一橋圖能否全部走一次的判定法則:如果通奇數座橋的地方不止兩個,滿足要求的路線不存在;如果只有兩個地方通奇數座橋,則可從其中任一地出發找到所要求的路線;如果沒有一個地方通奇數座橋,則從任一地出發,所求的路線都能實現,並說明了怎樣快速找到所要求的路線。歐拉的這一工作,開啟了一門新的數學分支——圖論。

問題回顧一下,就會發現,一個具體實際的問題,並非歐拉發現。而歐拉將原問題轉化、抽象為一個用數學語言描述的數學問題;在經過數學的分析和論證,找到了這類問題的一般解決方案!事實上,各學科、各行業都會遇到一些實際問題,它們並非純粹的數學問題,但是需要使用數學工具去解決。因此,實際問題的解決是目的,數學是工具,而將實際問題通過數學語言來描述,最終得到一個數學問題的過程就是建模的過程。

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