Учебное пособие 1395
.pdfЗадачи для самостоятельного решения:
1. Кондитерская фабрика для производства трех видов карамели A, B и C использует три вида основного сырья: сахарный песок, патоку и фруктовое пюре. Нормы расхода каждого вида на производство 1 т карамели данного вида приведены в табл. 26. В ней же указано общее количество сырья каждого вида, которое может быть использовано фабрикой, а также приведена прибыль от реализации 1 т карамели данного вида. Найти план производства карамели, обеспечивающий максимальную прибыль от ее реализации.
|
|
|
|
Таблица 26 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Нормы расхода сырья |
Общее |
|
||
Вид сырья |
на одно изделие, т |
количество |
|
||
|
A |
B |
C |
сырья, т |
|
Сахарный песок |
0.8 |
0.5 |
0.6 |
800 |
|
Патока |
0.4 |
0.4 |
0.3 |
600 |
|
Фруктовое пюре |
- |
0.1 |
0.1 |
120 |
|
Прибыль от реализации |
108 |
112 |
126 |
|
|
1 т продукции, тыс. руб. |
|
|
2.На птицеферме употребляются три вида кормов – I, II
иIII, каждый из которых состоит из веществ А, В и С. Нормы содержания веществ в кормах приведены в табл. 27. В ней же указано общее количество кормов, которое должно быть включено в дневной рацион каждой птицы, а также цена единицы массы каждого корма. Необходимо составить наиболее дешевый ежедневный рацион кормления птицы.
131
|
|
|
|
|
|
Таблица 27 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Нормы расхода веществ |
Общее |
|
||||
|
для изготовления |
|
|||||
Вид сырья |
количество |
|
|||||
|
кормов, кг |
|
|
||||
|
|
|
веществ, кг |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
II |
|
III |
||
|
|
|
|
|
|||
A |
5 |
|
1 |
|
7 |
18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
1 |
|
2 |
|
6 |
10 |
|
C |
2 |
|
9 |
|
1 |
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Цена корма, тыс. руб. |
2 |
|
9 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. В трех пунктах отправления сосредоточен однородный груз в количествах, соответственно равных 420, 380 и 400 т. Этот груз необходимо перевезти в три пункта назначения в количествах, равных 260, 520 и 420 т соответственно. Стоимость перевозки 1 т груза из каждого пункта отправления в каждый пункт назначения указана в матрице
2 |
4 |
3 |
|
|
|
|
5 |
8 |
|
C 7 |
. |
|||
|
6 |
9 |
7 |
|
|
|
Необходимо найти план перевозок, обеспечивающий вывоз имеющегося в пунктах отправления груза и доставку его в нужном количестве в пункты назначения при общей минимальной стоимости перевозок.
4. При изготовлении парников используется материал в виде металлических стержней длиной 220 см. Этот материал разрезается на стержни длиной 120, 100 и 80 см. Для выполнения заказа требуется изготовить 80 стержней длиной 120 см, 120 стержней длиной 100 см и 102 стержня длиной 80 см. Возможные варианты раскроя приведены в табл. 28.
132
|
|
|
|
|
Таблица 28 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Способы раскроя и количество |
Нужное |
|
|||
Вид |
количество |
|
||||
получаемых заготовок, шт |
|
|||||
заготовки |
заготовок, |
|
||||
|
|
|
|
|
||
|
I |
II |
III |
IV |
шт |
|
120 см |
1 |
1 |
0 |
0 |
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
100 см |
1 |
0 |
2 |
1 |
120 |
|
80 см |
0 |
1 |
0 |
1 |
102 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Величина |
0 |
20 |
20 |
40 |
|
|
отходов, см |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Определить, сколько металлических стержней должно быть раскроено по каждому способу таким образом, чтобы величина отходов была минимальной.
5. Предприятию требуется за 30 дней выпустить 350 единиц продукции А, 440 единиц продукции В и 480 единиц продукции С. Продукция производится на трех разных технологических участках. Производительность каждого участка и затраты на производство по всем видам продукции приведены в табл. 29. Необходимо составить оптимальный план производства продукции с минимальными издержками на производство.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 29 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Производительность |
Затраты на производство |
|
|||||
|
участков по видам |
|
||||||
Номер |
каждого вида продукции, |
|
||||||
продукции, единиц в |
|
|||||||
участка |
|
руб. в день |
|
|||||
|
|
день |
|
|
|
|
|
|
|
А |
В |
С |
А |
|
В |
С |
|
1 |
20 |
28 |
30 |
230 |
|
250 |
270 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
18 |
22 |
25 |
240 |
|
230 |
250 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
15 |
26 |
28 |
210 |
|
220 |
240 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
133
4.УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА
Отчет должен содержать:
- наименование и цель работы; - краткие теоретические сведения;
- задание на лабораторную работу; - результаты выполнения лабораторной работы.
5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Какие функции в Mathcad предназначены для решения задач безусловной оптимизации?
2.Как выбор начального приближения влияет на результат решения, полученного с помощью функций
Minimize() и Maximize()?
3.Как решить в Mathcad задачу оптимизации с ограничениями?
134
ОТВЕТЫ НА ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
1.1.x1 1,x2 2, x3 3.
1.2.x1 5,x2 1, x3 1.
1.3.x1 2,x2 0.8, x3 1.
1.4.7.72.
1.5.32.
|
2/3 |
1/3 |
0 |
|
|
|
1/3 |
|
|
1.6. 1/3 |
1 . |
|||
|
4/3 |
1/3 |
3 |
|
|
|
1.7.x1 3,x2 1, x3 5, x4 8.
1.8.x1 0.526,x2 0.628, x3 0.64, x4 1.2.
1.9.x1 4,x2 2, x3 1, x4 3.
1.10.x1 1.258,x2 0.043, x3 1.039, x4 1.482.
1.11.x1 1.739,x2 2.701, x3 4.929.
1.12.x1 2.185,x2 0.33, x3 1.358.
1.13.x1 0.353,x2 1.862, x3 3.33.
1.14.x1 3.525,x2 0.159, x3 2.386.
2.1.x 1.
2.2.x 0.68.
3.1.f(10) 3.171.
3.2.f(4) 7.5375.
3.3.а) f(0.1) 3.398; б) f(0.1) 3.402.
4.1.а) 0.3325; б) 0.335; в) 0.3333.
4.2.а) -1.0025; б) -0.995; в) -1.
4.3.а) 3.98; б) 4.04; в) 4.
5.1.а) f(1) 1.713; б) f(1) 1.999.
5.2.а) f(1) 0.349; б) f(1) 1.3679.
5.3.а) f(1) 0.746; б) f(1) 0.792.
135
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Задачи вычислительной математики, требующие применения численных методов, встречаются практически во всех сферах человеческой деятельности. Для эффективного решения таких задач необходимо в равной степени обладать как теоретическими знаниями, так и практическими навыками работы в современных пакетах автоматизации вычислений.
Пособие содержит весь необходимый материал для получения навыков реализации математических методов в среде Mathcad с использованием встроенных функций и элементов программирования.
Умения и навыки, полученные в результате выполнения предлагаемых лабораторных работ, могут стать хорошей базой для продолжения самостоятельного изучения не охваченных в пособии возможностей Mathcad.
136
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Амосов А.А. Вычислительные методы для инженеров: учеб. пособие / А.А. Амосов, Ю.А. Дубинский, Н.В. Копченова. М.: Высш. шк. 1994. 554 с.
2.Турчак Л.И. Основы численных методов: учеб. пособие / Л.И. Турчак, П.В. Плотников. М.: Физматлит. 2003. 304 с.
3.Акулич И.Л. Математическое программирование в примерах и задачах: учеб. пособие для студентов эконом. спец. вузов / И.Л. Акулич. М.: Высш. шк. 1986. 319 с.
4.Кирьянов Д.В. Mathcad 13 / Д.В. Кирьянов. СПб.: БХВ-Петербург. 2006. 608 с.
5.Алексеев Е.Р. Решение задач вычислительной математики в пакетах Mathcad 12, Matlab 7, Maple 9 / Е.Р.
Алексеев, О.В. Чеснокова. М.: НТ Пресс. 2006. 496 с.
6.Васильев А.И. Mathcad 13 на примерах / А.И. Васильев. СПб.: БХВ-Петербург. 2006. 528 с.
7.Макаров Е.Г. Инженерные расчеты в Mathcad: учеб. курс / Е.Г. Макаров. СПб.: Питер. 2005. 448 с.
8.Охорзин В.А. Прикладная математика в системе Mathcad: учеб. пособие / В.А. Охорзин. СПб.: Издательство
«Лань». 2008. 352 с.
9.Плис А.И. Mathcad: математический практикум для экономистов и инженеров / А.И. Плис. Н.А. Сливина. М.: Финансы и статистика. 1999. 656 с.
137
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение |
3 |
1. Численные методы решения систем линейных |
|
алгебраических уравнений |
4 |
1.1. Общие сведения о системах линейных алгебраических |
|
уравнений и методах их решения |
4 |
1.1.1. Формализованные записи систем линейных |
|
уравнений |
4 |
1.1.2. Специальные виды матриц коэффициентов систем |
|
уравнений |
5 |
1.1.3. Классификация методов решения систем линейных |
|
уравнений |
7 |
1.2. Прямые методы решения систем линейных уравнений |
8 |
1.2.1. Метод Крамера |
8 |
1.2.2. Метод обратной матрицы |
9 |
1.2.3. Метод Гаусса |
10 |
1.2.4. Метод Гаусса с выбором главного элемента |
16 |
1.2.5. Применение метода Гаусса для вычисления |
|
определителей и обратных матриц |
18 |
1.2.6. Метод Холецкого (метод квадратных корней) |
20 |
1.2.7. Метод прогонки |
22 |
1.3. Итерационные методы решения систем линейных |
|
уравнений |
25 |
1.3.1. Определение сходимости итерационных методов |
|
по норме матрицы коэффициентов |
25 |
1.3.2. Метод простой итерации |
25 |
1.3.3. Метод Гаусса-Зейделя |
28 |
Контрольные вопросы |
30 |
Задания для самостоятельной работы |
30 |
2. Численные методы решения нелинейных уравнений |
34 |
2.1. Основные этапы поиска корней нелинейного уравнения |
|
|
34 |
2.2. Метод половинного деления |
34 |
2.3. Метод хорд |
36 |
2.4. Метод Ньютона (метод касательных) |
38 |
138
Контрольные вопросы |
40 |
Задания для самостоятельной работы |
41 |
3. Методы аппроксимации функций |
42 |
3.1. Постановка задачи аппроксимации функций |
42 |
3.2. Линейная и квадратичная интерполяция |
43 |
3.3. Многочлен Лагранжа |
45 |
3.4. Многочлен Ньютона |
46 |
Контрольные вопросы |
49 |
Задания для самостоятельной работы |
50 |
4. Методы численного интегрирования |
51 |
4.1. Постановка задачи интегрирования функции |
51 |
4.2. Метод прямоугольников |
53 |
4.3. Метод трапеций |
56 |
4.4. Метод Симпсона |
57 |
Контрольные вопросы |
58 |
Задания для самостоятельной работы |
59 |
5. Методы решения обыкновенных дифференциальных |
|
уравнений |
60 |
5.1. Общие сведения об обыкновенных дифференциальных |
|
уравнениях |
60 |
5.2. Численные методы решения задачи Коши |
61 |
5.2.1. Метод Эйлера |
61 |
5.2.2. Метод Рунге-Кутта |
65 |
Контрольные вопросы |
66 |
Задания для самостоятельной работы |
66 |
Лабораторная работа №1 |
67 |
Лабораторная работа №2 |
87 |
Лабораторная работа №3 |
94 |
Лабораторная работа №4 |
102 |
Лабораторная работа №5 |
109 |
Лабораторная работа №6 |
113 |
Лабораторная работа №7 |
120 |
Ответы на задания для самостоятельной работы |
135 |
Заключение |
136 |
Библиографический список |
137 |
139
Учебное издание
Минаева Юлия Васильевна Белецкая Светлана Юрьевна
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАТЕМАТИКИ
СПОМОЩЬЮ ПАКЕТА MATHCAD
Вавторской редакции Компьютерный набор Ю.В. Минаевой
Подписано к изданию 12.12.2016. Объем данных 1,0 Мб.
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
394026 Воронеж, Московский просп., 14