Слайд 3

Математическоемоделирование

это приближённое описание какого-нибудь класса явлений, выраженное на языке какой-нибудь математической теории (с помощью системы алгебраических уравнений и неравенств, дифференциальных или интегральных уравнений, функций, системы геометрических предложений, векторов и т.п.).

Слайд 4

Классификация моделей

Формальная классификация моделей Формальная классификация моделей основывается на классификации используемых математических средств. Часто строится в форме дихотомий. Например, один из популярных наборов дихотомий: Линейные или нелинейные модели[; Сосредоточенные или распределённые системы; Детерминированные или стохастические; Статические или динамические; Дискретные или непрерывные. и так далее. Каждая построенная модель является линейной или нелинейной, детерминированной или стохастической, … Естественно, что возможны и смешанные типы: в одном отношении сосредоточенные (по части параметров), в другом - распределённые модели и т. д.

Слайд 5

Классификация по способу представления объекта Структурныеили функциональные модели Структурные модели представляют объект как систему со своим устройством и механизмом функционирования. Функциональные модели не используют таких представлений и отражают только внешне воспринимаемое поведение (функционирование) объекта. В их предельном выражении они называются также моделями «чёрного ящика». Возможны также комбинированные типы моделей, которые иногда называют моделями «серого ящика».

Слайд 6

Содержательные и формальные модели Практически все авторы, описывающие процесс математического моделирования, указывают, что сначала строится особая идеальная конструкция, содержательная модель. А финальная математическая конструкция называется формальной моделью или просто математической моделью, полученной в результате формализации данной содержательной модели. Построение содержательной модели может производиться с помощью набора готовых идеализаций, то есть дают готовые структурные элементы для содержательного моделирования.

Слайд 7

Слайд 8

Тип 1: Гипотеза (такое могло бы быть)

Эти модели «представляют собой пробное описание явления, причем автор либо верит в его возможность, либо считает даже его истинным». Никакая гипотеза в науке не бывает доказана раз и навсегда. Очень чётко это сформулировал Ричард Фейнман: Если модель первого типа построена, то это означает, что она временно признаётся за истину и можно сконцентрироваться на других проблемах. Однако это не может быть точкой в исследованиях, но только временной паузой: статус модели первого типа может быть только временным.

Слайд 9

Тип 2: Феноменологическая модель (ведем себя так, как если бы…)

Феноменологические модели имеют статус временных решений. Считается, что ответ всё ещё неизвестен и необходимо продолжить поиск «истинных механизмов». Роль модели в исследовании может меняться со временем, может случиться так, что новые данные и теории подтвердят феноменологические модели и те будут повышены до статуса гипотезы. Аналогично, новое знание может постепенно прийти в противоречие с моделями-гипотезами первого типа и те могут быть переведены во второй.

Слайд 10

Тип 3: Приближение(что-то считаем очень большим или очень малым)

Если можно построить уравнения, описывающие исследуемую систему, то это не значит, что их можно решить даже с помощью компьютера. Общепринятый прием в этом случае - использование приближений (моделей типа 3). Среди них модели линейного отклика. Уравнения заменяются линейными.

Слайд 11

Тип 4: Упрощение(опустим для ясности некоторые детали)

В модели типа 4 отбрасываются детали, которые могут заметно и не всегда контролируемо повлиять на результат. Одни и те же уравнения могут служить моделью типа 3 (приближение) или 4 (опустим для ясности некоторые детали) - это зависит от явления, для изучения которого используется модель. Так, если модели линейного отклика применяются при отсутствии более сложных моделей, то это уже феноменологические линейные модели.

Слайд 12

Тип 5: Эвристическая модель (количественного подтверждения нет, но модель способствует более глубокому проникновению в суть дела)

Эвристическая модель сохраняет лишь качественное подобие реальности и даёт предсказания только «по порядку величины». Оно даёт простые формулы для коэффициентов вязкости, диффузии, теплопроводности, согласующиеся с реальностью по порядку величины.

Слайд 13

Тип 6: Аналогия (учтём только некоторые особенности)

Подобие, равенство отношений; сходство предметов, явлений, процессов, величин..., в каких-либо свойствах, а также познание с учетом только некоторых особенностей.

Слайд 14

Тип 7: Мысленный эксперимент(главное состоит в опровержении возможности)

вид познавательной деятельности, в которой ключевая для той или иной научной теории ситуация разыгрывается не в реальном эксперименте, а в воображении. В некоторых случаях мысленный эксперимент обнаруживает противоречия теории и «обыденного сознания», что далеко не всегда является свидетельством неверности теории

Слайд 15

Тип 8: Демонстрация возможности (главное - показать внутреннюю непротиворечивость возможности)

Это тоже мысленные эксперименты с воображаемыми сущностями, демонстрирующие, что предполагаемое явление согласуется с базовыми принципам и внутренне непротиворечиво. В этом основное отличие от моделей типа 7, которые вскрывают скрытые противоречия. В основе содержательной классификации - этапы, предшествующие математическому анализу и вычислениям. Восемь типов моделей по Р. Пайерлсу суть восемь типов исследовательских позиций при моделировании.

Слайд 16

Основные этапы математического моделирования

1. Построение модели. На этом этапе задается некоторый «нематематический» объект - явление природы, конструкция, экономический план, производственный процесс и т. д. При этом, как правило, четкое описание ситуации затруднено. Сначала выявляются основные особенности явления и связи между ними на качественном уровне. Затем найденные качественные зависимости формулируются на языке математики, то есть строится математическая модель. Это самая трудная стадия моделирования.

Слайд 17

2. Решение математической задачи, к которой приводит модель. На этом этапе большое внимание уделяется разработке алгоритмов и численных методов решения задачи на ЭВМ, при помощи которых результат может быть найден с необходимой точностью и за допустимое время. 3. Интерпретация полученных следствий из математической модели. Следствия, выведенные из модели на языке математики, интерпретируются на языке, принятом в данной области.

Слайд 18

4. Проверка адекватности модели. На этом этапе выясняется, согласуются ли результаты эксперимента с теоретическими следствиями из модели в пределах определенной точности. 5. Модификация модели. На этом этапе происходит либо усложнение модели, чтобы она была более адекватной действительности, либо ее упрощение ради достижения практически приемлемого решения.

Слайд 19

При этом должны соблюдаться следующие требования:

модель должна адекватно отражать наиболее существенные (с точки зрения определенной постановки задачи) свойства объекта, отвлекаясь от несущественных его свойств; модель должна иметь определенную область применимости, обусловленную принятыми при её построении допущениями; модель должна позволять получать новые знания об изучаемом объекте.

Слайд 20

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

Посмотреть все слайды

«Системный подход в моделировании» - Процесс - динамическое изменение системы во времени. Система - совокупность взаимосвязанных элементов, образующих целостность или единство. Питер Фердинанд Дракер. Системный подход в организациях. Системный подход как основа введения профильного обучения. Основоположники системного подхода: Структура- способ взаимодействия элементов системы посредством определенных связей.

«ISO 20022» - Элементы методологии международного стандарта. Сопоставление состава и свойств. Назначение. Процесс моделирования. Особенности методологии. Результаты моделирования. Открытость и развитие. Миграция. Название Международного стандарта. Аспекты универсальности. Инструментарий. Деятельность. Состав документов.

«Понятие модели и моделирования» - Виды моделей по отраслям знаний. Виды моделей. Основные понятия. Виды моделей в зависимости от времени. Виды моделей в зависимости от внешних размеров. Адекватность моделей. Образно-знаковые модели. Необходимость создания моделей. Моделирование. Модели моделирование.

«Модели и моделирование» - Изменение размеров и пропорций. Математическая модель- модель, представленная на языке математических отношений. Блок-схема- одна из специальных разновидностей графа.. Анализ объекта. Структурная модель- преставление информационной знаковой модели в виде структуры. Реальное явление. Абстрактное. Вербальные.

«Этапы разработки модели» - Описательные информационные модели обычно строятся с использованием естественных языков и рисунков. Построение описательной информационной модели. Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере. 4 этап. 1 этап. 5 этап. Модель солнечной системы. Практическое задание. 3 этап. 2 этап.

«Моделирование как метод познания» - В биологии – классификация животного мира. Определения. Определение. В физике – информационная модель простых механизмов. Моделирование как метод познания. Формы представления информационных моделей. Табличная модель. Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется формализацией.

Всего в теме 18 презентаций

Литература 1. Самарский А. А., Михайлов А. П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры.– М.: Наука, Волков Е. А. Численные методы. – М.: Наука, Турчак Л. И. Основы численных методов. – М.: Наука, Копченова Н. В., Марон И. А. Вычислительная математика в примерах и задачах. – М.: Наука, 1972.

Немного истории от манипуляции предметами к манипуляциям понятиями о предметах замена изучаемого объекта, процесса или явления более простым и доступным для исследования эквивалентом невозможность учесть всю совокупность факторов, определяющих свойства и поведение объекта

Роль моделей Здание – некрасивое, непрочное или не вписывается в окружающий пейзаж Демонстрация систем кровообращения на натуре негуманна Напряжения, например в крыльях, могут оказаться слишком велики Собирать электрические цепи для измерений неэкономично

Связь модели с оригиналом Создание модели предполагает сохранение каких - то свойств оригинала, причем в разных моделях эти свойства могут быть разными. Здание из картона много меньше настоящего, но позволяет судить о его внешнем виде; плакат делает понятной систему кровообращения, хотя ничего общего не имеет с органами и тканями; макет самолета не летает, но напряжения в его корпусе соответствуют условиям полета.

Почему используют модели? 1.Модель доступнее для исследования, чем реальный объект, 2.Исследовать модель проще и дешевле, чем реальные объекты, 3.некоторые объекты невозможно изучать непосредственно: пока невозможно, например, построить устройство для термоядерного синтеза или провести эксперименты в недрах звезд, 4.невозможны эксперименты с прошлым, недопустимы эксперименты с экономикой или социальные эксперименты

Назначение моделей 1.С помощью модели можно выявить наиболее существенные факторы, формирующие свойства объекта. Поскольку модель отражает только некоторые характеристики объекта - оригинала, то, варьируя набор этих характеристик в составе модели, можно определить степень влияния тех или иных факторов на адекватность поведения модели

Модель нужна: 1.Для того, чтобы понять, как устроен конкретный объект: какова его структура, свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром. 2.Для того, чтобы научиться управлять объектом или процессом и определить наилучшие способы управления при заданных целях и критериях. 3.Для того, чтобы прогнозировать поведение объекта и оценить последствия различных способов и форм воздействия на объект (метеорологические модели, модели развития биосферы).

Свойство правильной модели Правильно построенная, хорошая модель обладает замечательным свойством: ее изучение позволяет получить новые знания об объекте - оригинале, несмотря на то, что при создании модели использовались только некоторые основные характеристики оригинала

Материальное моделирование Модель воспроизводит основные геометрические, физические, динамические и функциональные характеристики изучаемого объекта, когда реальному объекту сопоставляется его увеличенная или уменьшенная копия, допускающая исследование в лабораторных условиях с последующим перенесением свойств изучаемых процессов и явлений с модели на объект на основе теории подобия (планетарий, модели зданий и аппаратов и т. д.). Процесс исследования в таком случае тесно связан с материальным воздействием на модель, т. е. состоит в натурном эксперименте. Таким образом, материальное моделирование по своей природе является экспериментальным методом.

Типы идеального моделирования Интуитивное – моделирование объектов, не поддающихся формализации или не нуждающихся в ней. Жизненный опыт человека можно считать его интуитивной моделью окружающего мира Знаковое – моделирование, использующее в качестве моделей знаковые преобразования разного вида: схемы, графики, чертежи, формулы и т. д. и содержащее совокупность законов, по которым можно оперировать с элементами модели

Математическое моделирование исследование объекта осуществляют на основе модели, сформулированной на языке математики и исследуемой с помощью тех или иных математических методов Математическое моделирование – это область науки, занимающаяся моделированием явлений природы, техники, экономической и общественной жизни с помощью математического аппарата и, в настоящее время, реализующая эти модели с помощью ЭВМ

Классификация мат. моделей По назначению: дескриптивные оптимизационные имитационные По характеру уравнений: линейные нелинейные По учету изменения системы во времени: динамические статические По свойству области определения аргументов: непрерывные дискретные По характеру процесса: детерминированные стохастические

Алгоритм составления математической модели:

• Составить краткую запись условия задачи:

А) выяснить, сколько величин участвует в задаче;

Б)выявить связи между этими величинами.

2. Сделать рисунок к задаче (в задачах на движение или в задачах геометрического содержания) или таблицу.

3. Обозначить за Х одну из величин (лучше меньшую величину).

4. Учитывая связи, составить математическую модель.

Задача1.(№ 86 (1)).

Квартира состоит из 3 комнат общей площадью 42 кв.м. Первая комната в 2 раза меньше второй, а вторая – на 3 кв. м больше третьей. Какова площадь каждой комнаты в этой квартире?

Задача 2. (№ 86 (2)).

За книгу, ручку и тетрадь Саша заплатил 11200 р. Ручка в 3 раза дороже тетради и на 700 р. дешевле книги. Сколько стоит тетрадь?

Задача 3.(№ 86 (3)).

Мотоциклист проехал расстояние между двумя городами, равное

980 км, за 4 дня. В первый день он проехал на 80 км меньше, чем во второй день, в третий день - половину расстояния, пройденного за первые два дня, а в четвертый день – оставшиеся 140 км. Какое расстояние проехал мотоциклист в третий день?

Задача 4. (№ 86 (4))

Периметр четырехугольника равен 46 дм. Первая его сторона в 2 раза меньше второй и в 3 раза меньше третьей стороны, а четвертая сторона на 4 см больше первой стороны. Чему равны длины сторон этого четырехугольника?

Задача 5. (№ 87)

Одно из чисел на 17 меньше второго, а их сумма равна 75. Найти большее из этих чисел.

Задача 6. (№ 99)

В трех отделениях концерта выступило 20 участников. Во втором отделении выступило в 3 раза меньше участников, чем в первом, а в третьем отделении – на 5 участников больше, чем во втором. Сколько участников концерта выступило в каждом отделении?

Я умею (или нет):

Умения

Баллы

0 или 1

Выявлять число величин, участвующих в задаче

Выявлять связи между величинами

Я понимаю, что значит

В) «всего»

Я могу составить математическую модель

Я могу составить новую задачу по заданной математической модели

Домашнее задание:

1) № 87 (2, 3, 4), № 102 (1);

2) Составить задачу к математической модели задачи

1 из 16

Презентация на тему: Математические модели (7 класс)

№ слайда 1

Описание слайда:

№ слайда 2

Описание слайда:

§ 2.4. Математические модели Основным языком информационного моделирования в науке является язык математики. Модели, построенные с использованием математических понятий и формул, называются математическими моделями.Математическая модель - информационная модель, в которой параметры и зависимости между ними выражены в математической форме.

№ слайда 3

Описание слайда:

№ слайда 4

Описание слайда:

№ слайда 5

Описание слайда:

Математическое моделирование Метод моделирования дает возможность применять математический аппарат к решению практических задач. Понятия числа, геометрической фигуры, уравнения, являются примерами математических моделей. К методу математического моделирования в учебном процессе приходится прибегать при решении любой задачи с практическим содержанием. Чтобы решить такую задачу математическими средствами, ее необходимо вначале перевести на язык математики (построить математическую модель).

№ слайда 6

Описание слайда:

При математическом моделировании исследование объекта осуществляется посредством изучения модели, сформулированной на языке математики.Пример: нужно определить площадь поверхности стола. Измеряют длину и ширину стола, а затем перемножают полученные числа. Это фактически означает, что реальный объект – поверхность стола – заменяется абстрактной математической моделью прямоугольником. Площадь этого прямоугольника и считается искомой. Из всех свойств стола выделили три: форма поверхности (прямоугольник) и длины двух сторон. Не важны ни цвет стола, ни материал, из которого он сделан, ни то, как он используется. Предположив, что поверхность стола – прямоугольник, легко указать исходные данные и результат. Они связаны соотношением S=ab.

№ слайда 7

Описание слайда:

Рассмотрим пример приведения решения конкретной задачи к математической модели. Через иллюминатор затонувшего корабля требуется вытащить сундук с драгоценностями. Даны некоторые предположения о формах сундука и окнах иллюминатора и исходные данные решения задачи. Предположения:Иллюминатор имеет форму круга. Сундук имеет форму прямоугольного параллелепипеда. Исходные данные: D - диаметр иллюминатора; x - длина сундука; y - ширина сундука; z - высота сундука. Конечный результат: Сообщение: можно или нельзя вытащить.

№ слайда 8

Описание слайда:

Системный анализ условия задачи выявил связи между размером иллюминатора и размерами сундука, учитывая их формы. Полученная в результате анализа информация отобразилась в формулах и соотношениях между ними, так возникла математическая модель.Математической моделью решения этой задачи являются следующие зависимости между исходными данными и результатом:

№ слайда 9

Описание слайда:

Пример 1:Вычислить количество краски для покрытия пола в спортивном зале. Для решения задачи нужно знать площадь пола. Для выполнения этого задания измеряют длину, ширину пола и вычисляют его площадь. Реальный объект – пол зала – занимается прямоугольником, для которого площадь является произведением длины на ширину. При покупке краски выясняют, какую площадь можно покрыть содержимым одной банки, и вычисляют необходимое количество банок.Пусть A – длина пола, B - ширина пола, S1 - площадь, которую можно покрыть содержимым одной банки, N – количество банок. Площадь пола вычисляем по формуле S=A×B, а количество банок, необходимых для покраски зала, N= A×B/S1.

№ слайда 10

Описание слайда:

Пример 2:Через первую трубу бассейн наполняется за 30 часов, через вторую трубу – за 20 часов. За сколько часов бассейн наполнится через две трубы?Решение:Обозначим время заполнения бассейна через первую и вторую трубу А и В соответственно. Примем за 1 весь объём бассейна, искомое время обозначим через t. Так как через первую трубу бассейн наполняется за А часов, то 1/А –часть бассейна, наполняемая первой трубой за 1 час; 1/В - часть бассейна, наполняемая второй трубой за 1 час.Следовательно, скорость наполнения бассейна первой и второй трубами вместе составит: 1/А+1/В.Можно записать: (1/А+1/В)t=1. получили математическую модель, описывающую процесс наполнения бассейна из двух труб. Искомое время можно вычислить по формуле:

№ слайда 11

Описание слайда:

Пример 3:На шоссе расположены пункты А и В, удалённые друг от друга на 20 км. Мотоциклист выехал из пункта В в направлении, противоположном А со скоростью 50 км/ч.Составим математическую модель, описывающую положение мотоциклиста относительно пункта А через t часов.За t часов мотоциклист проедет 50t км и будет находится от А на расстоянии 50t км + 20 км. Если обозначить буквой s расстояние (в километрах) мотоциклиста до пункта А, то зависимость этого расстояния от времени движения можно выразить формулой: S=50t + 20, где t>0.Математической моделью решения этой задачи являются следующие зависимости между исходными данными и результатом: было у Миши х марок; у Андрея 1,5х. Стало у Миши х-8, у Андрея 1,5х+8. По условию задачи 1,5х+8=2(х-8).

№ слайда 12

Описание слайда:

Математической моделью решения этой задачи являются следующие зависимости между исходными данными и результатом: было у Миши х марок; у Андрея 1,5х. Стало у Миши х-8, у Андрея 1,5х+8. По условию задачи 1,5х+8=2(х-8). Математической моделью решения этой задачи являются следующие зависимости между исходными данными и результатом: во втором цехе работают x человек, в первом – 4х, а в третьем - х+50. х+4х+х+50=470. Математической моделью решения этой задачи являются следующие зависимости между исходными данными и результатом: первое число х; второе х+2,5. По условию задачи х/5=(х+2,5)/4.

№ слайда 13

Описание слайда:

Описание слайда:

Источники Информатика и ИКТ: учебник для 7 классаАвтор: Босова Л. Л. Издательство: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009 Формат: 60x90/16 (в пер.), 229 с., ISBN: 978-5-9963-0092-1http://www.lit.msu.ru/ru/new/study (графики, схемы)http://images.yandex.ru (картинки)