数学建模示例之一 椅子能在不平的地面上放稳吗 ???

前言:
最近和同学一起重新组了队伍准备参加学校今年九月份的数学建模,个人则从原来队伍里的编程选手变成了新队伍里的建模选手;自己带队当然不能划水啊,经历过几次的建模参赛失利了目前也只拿了一个美赛的划水奖,暑假一起来建模吧。
更主要的是,,,,,,要拿奖呀!!!
接下来的一段日子里每天一更。。。

一、题目原型

这里探讨一个日常生活中的一个普通的事实:把椅子往不平的地面上一放,通常只有三只脚着地,放不稳,然而只需要稍微挪动几次椅子,就可以使四只脚同时着地,放稳了。那么现在,我们应该如何用数学语言来建立模型并表述证明,椅子能在不平的地面上放稳呢?
//注明:这个案例主要用来简单实现 原型—>模型 的转换,适合像我一样的小白建模选手学习,大佬就不要接着往下看啦,浪费时间。

二、模型假设

当我们了解了题目原型之后,因为现实中的不可抗拒因素太多,因此对于一个模型就势必要做出一些假设,假设越多,模型就越菜,假设越少,模型就越好。当然,这些都是建立在你的模型是否是真的完全考虑进了所有的现实影响因素。

这里我们对椅子和地面做一些必要的假设:

  1. 椅子的四条腿一样长,椅子脚与地面的接触点可以看作一个点,四角的连线呈正方形。
  2. 地面的高度是连续变化的,沿任何方向都不会出现间断(即可将地面视为数学上的连续曲面,没有尽头)。
  3. 对于椅子脚的间距和椅子腿的长度而言,地面是相对平坦的,使椅子在任何位置至少有三只脚同时着地。

假设一显然是合理的,假设二相当于给了椅子能放稳的条件,即最少有三条腿在一个平面上。

三、模型构成

用数学语言将椅子四只脚同时着地的条件和结论表述出来。
首先要用变量来表示椅子的位置,注意到椅脚连线呈现正方形,既可以以中心为对称点,正方形绕中心的旋转正好代表了椅子位置的改变,于是可以用旋转角度这一变量表示椅子的位置(后面懒得打字了,就直接贴分析),l

在这里插入图片描述

四、总结

模型的假设很重要,因为假设往往就是最主要的影响因子,而这些影响因子决定了模型建立的关键,所以对于这类条件少,证明类的题目,还是需要更全面德去分析所有的影响因子,然后筛选出决定性的几个,并由此分析建立数学模型。

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