5215

Розв’язування типових математичних задач засобами табличного процесора

Реферат

Информатика, кибернетика и программирование

Розв’язування типових математичних задачзасобами табличного процесора Задача підбору параметрів Означення.Задачею підбору параметра називається знаходження такого значення аргумента даної функції, при якому ця функція на...

Украинкский

2012-12-04

55.23 KB

41 чел.


Розв’язування типових математичних задач засобами табличного процесора

  1.  Задача підбору параметрів

Означення. Задачею підбору параметра називається знаходження такого значення  аргумента даної функції, при якому ця функція набуває заданого значення.

Зокрема, це може бути пошук коренів заданого рівняння f(x)=0, коли необхідно знайти такі значення аргумента, за яких функція набуває нульового значення.

Розглянемо задачу знаходження коренів рівняння . Якщо має простий вигляд, то корені можна знайти аналітичним методом, тобто за формулами:

  1.  при маємо лінійне рівняння , корінь якого ;
  2.  при маємо квадратне рівняння , дійсні корені якого .

Але у більш складних випадках формул для обчислення коренів рівняння не існує. Тому застосовують наступну чисельну методику:

  1.  спочатку здійснюють відокремлення всіх коренів, тобто на заданому широкому проміжку для кожного кореня знаходять досить вузький проміжок , на якому відсутні інші корені;
  2.  уточнюють корені, тобто на кожному з вузьких проміжків знаходять значення кореня із заданою точністю.

Розглянемо відокремлення коренів. Основні методи відокремлення коренів: графічний та табличний.

У відповідності з графічним методом необхідно побудувати графік заданої функції на всьому заданому проміжку , після чого візуально локалізувати точки його перетину з віссю Ox. Далі в околі точок перетину треба довільним способом вибрати вузькі проміжки так, щоб на кожному з них знаходилась лише одна точка перетину графіка з віссю. Один із недоліків даного методу – його громіздкість. Другий недолік – ненадійність – пов’язаний з можливістю втратити корені при неякісній побудові графіка.

Більш зручним слід вважати табличний метод, оскільки він досить формальний і зводиться до послідовності простих обчислювальних операцій. У відповідності з цим методом, на всьому широкому проміжку визначають знаки функції з певним кроком h. З одержаної таблиці знаків вибирають вузькі проміжки , на кінцях яких функція має протилежні знаки. Чим дрібніший крок h, тим надійніше будуть відокремлені корені, тим менша ймовірність їх втратити.

Приклад. Відокремимо корені рівняння на широкому проміжку . Виберемо крок . При цьому ми припускаємо, що відстань між найближчими коренями даного рівняння перевищує вибраний крок, і тому корені втрачені не будуть. Складемо таблицю знаків функції на проміжку .

x

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

Знак f(x)

+

+

+

0

+

+

Таким чином, таблиця показує, що на широкому проміжку знаходяться два корені: перший – в межах вузького проміжка , другий – в межах вузького проміжка .

Подібну таблицю для заданої функції можна скласти засобами MS Excel. Для цього достатньо знати широкий проміжок , а також правильно вибрати крок побудови таблиці h.

Для уточнення коренів в MS Excel використовують підбір параметрів. При цьому порядок дій для кожного вузького проміжка  може бути наступним:

  1.  Вибрати комірки для розміщення значення аргумента x і функції y (наприклад, A1 і A2 відповідно).
  2.  В комірку A1 ввести орієнтовне значення кореня. Це має бути один із кінців вузького проміжка .
  3.  В комірку A2 ввести формулу для обчислення значення функції , вважаючи, що аргумент x знаходиться в комірці A1.
  4.  Виконати команду Сервис-Подбор параметра.... Внаслідок цього на екрані з’являється діалогове вікно Подбор параметра.   
  5.  В поле Установить в ячейке: ввести адресу комірки значення функції, тобто A2. 
  6.  В поле Значение: ввести нульове значення.
  7.  В поле Изменяя значение ячейки: ввести адресу комірки значення аргумента, тобто A1.
  8.  Натиснути кнопку OK діалогового вікна. З’являється нове вікно Результат подбора параметра, в якому повідомляється, вдалося чи ні розв’язати рівняння.
  9.  Значення кореня рівняння з’являється у комірці A1.

Якщо користувача не задовольняє точність знайденого значення, то він може її змінити. Для цього треба виконати команду Сервис-Параметры..., у діалоговому вікні Параметры вибрати вкладинку Вычисления, а полі Относительная погрешность: цієї вкладинки ввести інше значення (наприклад, 0.00001 замість 0.001).

2. Використання надбудов

Розглянемо приклад. Деяка установа надає послуги виду 1 та виду 2. Кожна послуга виду 1 дає прибуток 60 грн., а на її надання витрачається 1 одиниця ресурсу 1, 0.5 одиниць ресурсу 2 і 1 одна одиниця ресурсу 3. Кожна послуга виду 2 дає прибуток 160 грн., а на її надання витрачається 2 одиниці ресурсу 1, 0.4 одиниці ресурсу 2 і 4 одиниці ресурсу 3. Ресурси установи обмежені: щотижня вона може отримувати від своїх постачальників 130 одиниць ресурсу 1, 50 одиниць ресурсу 2 і 220 одиниць ресурсу 3. Наведені дані зафіксуємо у таблиці.

Послуги

Ресурс 1

Ресурс 2

Ресурс 3

Прибуток

Вид 1

1

0.5

1

60

Вид 2

2

0.4

4

160

Ресурси

130

50

220

Треба визначити, в якій кількості спланувати надання послуг виду 1 і виду 2, щоб прибуток був максимальним.

Подібні задачі називаються задачами лінійного програмування. Вони призначені для оптимального розподілу ресурсів, тобто для найбільш економічно ефективного використання цих ресурсів з урахуванням обмеженого їх обсягу.

Сформулюємо задачу математично. Позначимо через і заплановану до надання кількість послуг 1 і послуг 2 відповідно. Обмеженість ресурсів фірми означає, що мають задовольнятись такі нерівності: . Крім того, за змістом задачі її змінні мають бути невід’ємними, тобто: і . Вони також мають бути цілочисельними. Прибуток від запланованих до виробництва стільців та крісел визначається за формулою . Отже, оптимальний план фірми, тобто числа і мають бути такими, щоб задовольнялись всі наведені нерівності, а прибуток F досягав максимального значення.

Один із допустимих планів цієї задачі такий: і . При цьому: , тобто ресурсу 3 вистачає із запасом, а ресурси 1 і 2 використовуються повністю. Прибуток при цьому складає грн. Указаний план є допустимим, але він не є оптимальним. Дійсно, для іншого плану і отримуємо: . При цьому ресурсу 2 вистачає із запасом, ресурси 1 і 3 використовуються повністю, а прибуток складає грн., що суттєво краще у порівнянні з попереднім.

Отже, розв’язок задачі розподілу ресурсів має багатоваріантний характер.

В MS Excel для розв’язування задач лінійного програмування може використовуватись спеціальна надбудова, яка має назву Поиск решения.

Порядок розв’язування задачі лінійного програмування:

  1.  Установити надбудову Поиск решения. Для цього виконати команду Сервис-Надстройки.... Внаслідок цього з’являється вікно Надстройки. В цьому вікні у прокручуваному списку  Список надстроек: слід установити прапорець на пункті Поиск решения і натиснути кнопку OK.
  2.  В робочому листі Excel створити наступну форму:

A

B

1

Змінні:

2

x1 =

3

x2 =

4

5

Максимальне значення:

6

7

Обмеження:

8

№1:

9

№2:

10

№3:

  1.  В комірки B8, B9 і B10 внести такі формули: “=B2+2*B3”, “=0.5*B2+0.4*B3”, “=B2+4*B3”.
  2.  В комірку B5 внести формулу цільової функції: «=60*B2+160*B3».
  3.  Звернутися до надбудови Поиск решения з метою розв’язування задачі. Для цього виконати команду Сервис-Поиск решения.... Після цього на екрані з’являється вікно Поиск решения, в яке здійснюється внесення задачі лінійного програмування.
  4.  В полі Установить целевую ячеку: надрукувати $B$5.
  5.  Установити відмітку на пункті Равной: Максимальному значению.
  6.  В полі Изменяя ячейки: надрукувати $B$2:$B$3.
  7.  Ввести перше обмеження. Для цього натиснути кнопку Добавить. У діалоговому вікні Добавление ограничения в поле Ссылка на ячейку: ввести $B$8, в полі Ограничение: вибрати значок <=” і надрукувати значення 130. Натиснути кнопку ОК.
  8.  Аналогічно ввести друге і третє обмеження.
  9.  Ввести умови невід’ємності змінних. Для цього натиснути кнопку Добавить. У діалоговому вікні Добавление ограничения в поле Ссылка на ячейку: ввести $B$2:$B$3, в полі Ограничение: вибрати значок «>=» і надрукувати значення 0. Натиснути кнопку OK.
  10.  Ввести умови цілочисельності змінних. Для цього натиснути кнопку Добавить. У діалоговому вікні Добавление ограничения в поле Ссылка на ячейку: ввести $B$2:$B$3, в полі Ограничение: вибрати пункт цел. Натиснути кнопку OK.
  11.  Натиснути кнопку Параметри..., установити відмітку на пункті Линейная модель і натиснути кнопку OK.
  12.  Задачу ЛП повністю підготовлено. Натиснути у вікні Поиск решения кнопку Выполнить.
  13.  З’являється вікно Результаты поиска решения, в якому повідомляється, що Решение найдено. Відмітити пункт Сохранить найденное решение і натиснути кнопку OK. На листі електронної таблиці бачимо оптимальний план.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27835. Расчет выдержек времени МТЗ 76 KB
  Основным пусковым органом МТЗ с независимой выдержкой времени является реле РТ40 а МТЗ с ограниченной выдержкой времени – РТ80. Реле РТ80 Сложное большое реле которое совмещает в себе токовое времени и указательное реле. Соответственно защита на этом реле имеет преимущества. В этом реле РТ80 есть два элемента: индукционный элемент эл.
27836. Выбор тока срабатывания максимальной токовой защиты 87 KB
  max Котс – учитывает неточность расчета погрешности в работе реле. Iвз – максимальное значение тока при котором пусковой орган защиты – реле тока – возвращается в первоначальное состояние. коэффициент возврата защиты 1 всегда Iвз = Кв Iсз эта формула получена для первичных реле где Iсз = Iср Iкз = Iсз Схема включения обмоток реле и трансформаторов тока в неполную звезду для этой схемы Iр = Iср при КЗ...
27837. Токовая отсечка на линии с односторонним питанием 77 KB
  Селективность действия токовой отсечки без выдержки времени достигается тем, что ее ток срабатывания выбирается больше тока КЗ, проходящего через защиту при повреждении вне защищаемого элемента.
27839. Токовая защита со ступенчатой характеристикой выдержки времени 49 KB
  Совмещая токовую отсечку и МТЗ получаем ступенчатую характеристику с выдержкой времени. III ступень для резервирования отказов I и II ступеней.
27840. Максимальная токовая направленная защита 127 KB
  Она отличается от обычной МТЗ тем что вводится дополнительный орган определяющий направление мощности КЗ реле направления мощности который реагирует на фазу тока КЗ относительно напряжения на шинах подстанции в месте установки комплекта защиты то знак мощности и реле направления мощности блокирует комплект защиты. Если направление мощности КЗ от шин к линии то это знак мощности КЗ и реле направления мощности закрывая свои контакт разрешает комплекту МТНЗ действовать. Комплект МТНЗ состоит из 3 органов: пускового направления...
27841. Продольная дифференциальная защита 235 KB
  Расчет тока небаланса в дифференциальной защите. Ток небаланса. Iср Iнб – следовательно нужно уменьшать ток небаланса. Ток небаланса – геометрическая разность Iном.
27842. Трансформаторы напряжения в схемах релейной защиты: устройство, схема замещения, цель применения 104.5 KB
  Трансформаторы напряжения в схемах релейной защиты: устройство схема замещения цель применения Трансформатор напряжения в схемах РЗ. ТН так же как и ТТ обеспечивает изоляцию цепей вторичной коммутации от ВН и позволяют независимо от первичного напряжения получить стандартную величину вторичного напряжения = 100В. Однако за счет падения напряжения мы имеем – в реальном ТН.
27843. Поперечная дифференциальная токовая защита 88 KB
  Для осуществления защиты используются ТТ с одинаковыми коэффициентами трансформации, установленные со стороны общих шин в одноименных фазах. Реле тока КА включается на разность токов двух одноименных фаз сдвоенной линии по схеме с циркулирующими токами.