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签到天数: 11 天 [LV.3]偶尔看看II
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问题分析
- Q+ c$ J- ^9 I% m" z- g 男生追女生,对男生来说最重要的是学习、爱情两不误。因此我们引进男生的学业成绩函数Y(t)。 : I, s: ]/ b! [) u, m5 ^8 R
$ i+ k" W- B9 Z. o 首先,我们不考虑男生的追求攻势,则影响该函数的因素主要是两个人的关系程度。为了便于分析,我们将两人的关系简化为女生对该男生的疏远度,于是引入疏远度函数X(t)。 3 Z9 N3 I1 G5 Z( n
1 b# K3 \; V- T I* m0 c. w5 q* Q. r 问题就转化为求解Y(t)和X(t)的相互作用关系。利用微分,很容易就可以求出两者的关系。但现实中男生可能会对该女生发起一轮轮的追求攻势,因此还要考虑到追求攻势对模型的影响。而追求攻势又与女生的疏远度有关,可以简化地将两者看成是正比关系。将追求攻势加入到模型中,就可以找出攻势与Y(t)和X(t)的关系了。
9 d Y2 \1 l7 c) C2 C! m+ \/ k7 V1 f, ?
模型假设
1 V# ?+ C8 j7 N2 d4 m" O# ~% X8 T0 l( R9 R) B2 ]1 y% `
1、t时刻A君的学业成绩为Y(t); : C5 T! A* z: R8 x/ J7 O2 y
% u( P; I* i S! Q* N2 n1 @0 h 2、t时刻B女对A君的疏远度为X(t); 3 P+ @9 y1 U$ U! v: P
8 E1 A7 I3 h' b+ |0 j7 k7 T
3、当A君没开始追求B女时B女对A君的疏远度增长(平时发现的A君的不良行为)符合Malthus模型,即dX/dt=aX(t)其中a为正常数。
9 S1 O2 v) ]$ {; `5 _: v
. g* X% s5 {% ?, ^) n 4、当Y(t)存在时,单位时间内减少X(t)的值与X(t)的值成正比,比例常数为b,从而 dX(t)/dt=aX(t)-bX(t)Y(t)。 - X" q$ i4 Z' w6 e
7 r) P9 k7 ^5 Z7 C
5、A君发起对B女追求后,立即转化为B女对A君的好感,并设定转化系数为 α,而随着的A君发起对B女的追求,A君学业的自然下降率与学业成绩成正比,比例系数为e。于是有dY(t)/dt=αbX(t)Y(t)-eY(t)。 3 d0 A% U6 a* q) O
& {; ^7 ?/ O. s0 r! ^8 I& i3 X' e 模型构成 ) K' S y4 k" n1 m
9 o8 u3 m8 |: V9 t% i# t8 I$ A 由假设4和假设5,就得到了学业与疏远度在无外界干扰的情况下互相作用的模型:
, I: Z+ I6 H8 x" V+ D, M' ]$ n* U2 G8 d; K. @/ i
{dX(t)/dt=aX-bXY;dY(t)/dt=cXY-eY} 其中c=αb. (1) 6 S, n' X3 ~; L' s$ n: ^
6 A1 Y* a! `/ D y: i
这是一个非线性自治系统,为了求两个数X与Y的变化规律,我们对它作定性分析。令{aX-bXY=0;cXY-eY=0} 解得系统(1)的两个平衡位置为:O(0,0),M (e/c,a/b)。从(1)的两方程中消去dt,分离变量可求得首次积分:
: [5 c9 ^8 e$ y! z1 n
* L% v: |* Y1 g+ Y; ^ F(X,Y)=cX-dln|X|-aln|Y|=k (2) ( f& g8 U+ \8 A! ^& J6 c+ g s2 t
+ e' v$ l! y4 E% H
容易求出函数F(X,Y)有唯一驻点为M(e/c,a/b)。再用极值的充分条件判断条件可以判断M是F的极小值点。同时易见,当X→∞(B女对A君恨之入骨)或Y→∞ (A君是一块只会学习的木头)时均有F→∞;而X→0(A君作了变形手术,B女对他毫无防备)或Y→0(A君不学无术,丝毫不学习)时也有F→∞。由此不难看出,在第一象限内部连续的函数z=F(X,Y)的图形是以M为最小值点,且在第一卦限向上无限延伸的曲面,因而它与z=k(k>0)的交线在相平面XOY的投影F(X,Y)=k (k>0)是环绕点M的闭曲线簇。这说明学业成绩和疏远度的指数成周期性变化。
( x" r/ t `/ |( ?7 f+ E0 `, V
( z) L4 t& X* _ ?/ P8 A6 e- | 结果解释
6 F" v: B* _0 Q) M' ]0 {
% ~+ X ]6 m" z$ k* X( f& Y! l+ @ 从生态意义上看这是容易理解的,当A君的学习成绩Y(t)下降时,B女会疏远 A君,疏远度X(t)上升;于是A君就又开始奋发图强,学习成绩Y(t)又上升了。于是B女就又和A君开始了来往,疏远度X(t)又下降了。与B女交往多了,当然分散了学习时间,A君的学习成绩Y(t)下降了。 ; n/ B' y2 ~! P8 e. P
$ r6 C! n4 N0 s5 m; t
然而我们可证明,尽管闭轨线不同,但在其周期内的X和Y的平均数量都分别是一常数,而且恰为平衡点M的两个坐标。事实上,由(1)的第二个方程可得: dY/Ydt=cX- e,两端在一个周期时间T内积分,得: . O9 u7 b2 Y; Y, F6 o/ j
; |0 [) H; |: K( V( u/ |) b
∫(dy/Ydt)dt=c∮Xdt-dT (3) - m' g: p' _6 c. I; U
0 j6 F/ q/ X: q5 {7 T+ @6 G 注意到当t经过一个周期T时,点(X,Y)绕闭轨线运行一圈又回到初始点,从而:∫(dY/Ydt)dt=∮dY/Y=0。所以,由(3)式可得:(∫Xdt)/T=e/c。 ) k( S$ E' y8 X# J- z9 l
) {, V U+ g8 p
同理,由(1)的第一个方程可得:(∫Ydt)/T=a/b。 $ M& L0 i V6 a" t- ^
9 Y( i. I, q, i! q5 f
模型优化 ! V: {) k2 j2 h! K0 K7 F
5 b' j7 ~* M# E# h( ^2 J
考虑到追求攻势对上述模型的影响。设追求攻势与该时刻的疏远度成正比,比例系数为h,h反映了追求攻势的作用力。在这种情况下,上述学业与疏远度的模型应变为: : g ?5 G/ C/ ^: D/ X
; V! `! @/ {; n8 m8 q5 z {dX/dT=aX-bXY-hX=(a-h)X-bXY;dY/dt=cXY-eY-hY=cXY-(e+h)Y} (4)
* h8 S! A) h6 n9 p1 h1 ~# u5 r
, J6 F1 g7 _$ F5 @5 C, ?( @ 将(4)式与(1)式比较,可见两者形式完全相同,前者仅是把(1)中X与Y的系数分别换成了a-h与e+h。因此,对(4)式有
4 P; |- ?7 _) C0 q! d( I- h( ]5 z! J7 o" @! X' d& k/ N
x’=(∫Xdt)/T=(e+h)/c,y’=(∫Ydt)/t=(a-h)/b (5) 3 D! z) w+ R) F
6 P+ S6 u/ l" F/ W 利用(5)式我们可见:攻势作用力h的增大使X’增加,Y’减少。
6 U+ B. E& k' T" f. r2 E5 A2 l1 s4 M0 j; [& M2 B3 w4 _" o) `
我们的建议
9 v( `5 W: L; ~/ ?2 V- m- @ O S; {
: ]1 Y8 G( I8 m9 T- H 考试期间,由于功课繁忙,使得追求攻势减少,即h减小,与平时相比,将有利于学业成绩Y的增长。这就是Volterra原理。 此原理对男生有着重要的指导意义:强大的爱情攻势有时不一定能达到满意的效果,反而不利与学业的成长;有时通过慢慢接触,慢慢了解,再加上适当的追求行动,女生的疏远度就会慢慢降低。学习成绩也不会降低!
8 F( _. H& p7 a' ^- e6 k/ F( J【转自:http://www.enetedu.com/bbs/html/2008-10-26/200810269005325881.htm】
& |3 K7 W9 d: L) R |
zan
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