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

31056. Внешняя политика в эпоху Ивана Грозного 29.5 KB
  Покорение Казани стало большим внешнеполитич успехом России. В 1556 была присоединена Астрахань у России оказались также земли Ногайской Орды. Для России Ливония была интересна прежде всего как выход в Балтику. Поводом к войне стала неуплата Ливонией России юрьевой дани в течение 50 лет.
31057. Россия в конце 16-нач18в. Смутное время: причины, содержание, этапы и итоги данной эпохи 40 KB
  Первый этап Смутного времени начался династическим кризисом вызванным убийством царем Иваном IV Грозным своего старшего сына Ивана приходом к власти его брата Федора Ивановича и смертью их младшего сводного брата Дмитрия по убеждению многих зарезанного приспешниками фактического правителя страны Бориса Годунова. В апреле 1605 после неожиданной смерти Бориса Годунова и непризнания его сына Федора царем на сторону Лжедмитрия I перешло и московское боярство. В июне 1605 самозванец почти на год стал царем Дмитрием I. Через два дня царем...
31058. Россия в 17в. – хоз-во, общество, политич строй и гос управление 31 KB
  Все население можно разделить на 2 группы: служилые слоинесли ту или иную форму гос службы и тяглое населениесодержали их платя налоги и исполняя повиности. Бояре занимали высшие гос должности обладали крупными вотчинами и поместьями. Существовало 2 периода в развитии русской госвенности 17в.
31059. Воспалительные поражения (сиалоадениты) слюнных желез 22.43 KB
  Сиалоаденит может быть самостоятельным первичным но чаще является осложнением или существенным проявлением какоголибо другого заболевания вторичный сиалоаденит. По течению выделяют острый и хронический сиалоаденит. По этиологии выделяют вирусный бактериальный грибковый сиалоаденит.
31060. Эпидемический паротит (свинка) 14.68 KB
  Входными воротами являются слизистые оболочки полости рта носа глотки с развитием последующей вирусемии и фиксацией вируса в слюнных и других железах. В слюнных железах вирус размножается и отсюда выделяется со слюной.
31061. Поздние осложнения диабета 17.57 KB
  Наличием диабета обусловлена высокая частота инфарктов миокарда инсультов и случаев гангрены пальцев ног или стопы. Установлено что рядом с геном кодирующим синтез инсулина расположен участок ДНК Uаллель постоянный генетический маркер предрасположенности к атеросклерозу не только у больных диабетом I и II типов но также и у лиц без диабета. Однако у больных диабетом наследственная предрасположенность к атеросклерозу реализуется чаще чем у лиц без диабета.
31062. Цитомегаловирусный сиалоаденит 14.33 KB
  При локализованной форме чаще поражаются околоушные железы где вирус фиксируется в ацинарных и протоковых клетках и может существовать в виде латентной инфекции. Макроскопически слюнные железы увеличены. В исходе локализованной формы цитомегаловирусного сиалоаденита как правило в той или иной степени развивается склероз слюнной железы.
31063. Атоиммунные поражения при ревматических болезнях, активном хроническом вирусном гепатите и струме Хашимото, синдроме Шегрена и синдроме Микулича (сухой синдром) 15.9 KB
  Особую группу заболеваний слюнных желез составляют аутоиммунные поражения при ревматических болезнях активном хроническом вирусном гепатите и струме Хашимото синдроме Шегрена и синдроме Микулича сухой синдром. Для сухого синдрома Шегрена характерно поражение всех слюнных желез что сопровождается ксеростомией сухость слизистой оболочки рта слезных желез с развитием ксерофтальмии и суставов с формированием полиартрита. Для синдрома Микулича характерно поражение больших и малых слюнных желез и слезных желез которые увеличиваются и...
31064. Кисты слюнных желез 14.87 KB
  Кисты слюнных желез. Кисты чаще развиваются в малых слюнных железах. Различают ретенционные и слизистые кисты. Микроскопически стенка кисты представлена соединительной тканью выстлана уплощенным эпителием.