身边的数学,本文主要内容关键词为:身边论文,数学论文,此文献不代表本站观点,内容供学术参考,文章仅供参考阅读下载。
数学是中学生的主修课,可我们周围有一部分同学觉得数学枯燥、难学,甚至毫无用处,因而惧怕数学、讨厌数学,自然也就学不好数学,针对这一状况,我们小组在寒假期间分头行动,上建筑工地,下船厂,访银行,做调查研究,搜集资料,在调查研究过程中,我们越来越感受到数学无处不在。
1 万吨巨轮中的小小数字
地球表面大约75%被水覆盖着,在过去的年代里,船舶一度起着重要的作用。中国古代有郑和下西洋,外国有哥伦布环球周游发现新大陆。在造船业中,数学一直都发挥着不可替代的作用。船舶的设计建造,既要符合建造规范的安全性要求,又要尽可能降低建造成本,就要用计算机辅助设计。所用到的数学知识主要有:代数、空间解析几何、高等数学、线性代数、复变函数、概率论等。在此仅举一个最为简单的例子。
衡量船舶特点的主要参数有:船长、船宽、吃水、载重量、排水量,船行速度等,其中船长、船宽、吃水反映了船体的外形尺寸,由于船舶的外形是由许多曲线包围而成。想要准确计算这些曲线所围成的面积是很困难的,一般采用数学上的近似计算法,如梯形法。如图1, 设曲线CB为船体上的某一段曲线,要计算坐标轴与曲线围成的面积S[,OBFCD],因为曲线CFB是不规则的(非圆弧),用若干直线段组成的折线近似地代替曲线,以直代曲,然后用梯形法计算其面积。
先将线段OD[,n]等分(n尽量大),OD长为L,则各等分点的间距为L/n,从等分点A[,1]、A[,2]、…A[,n-1]作OD的垂线并与曲线BC相交于B[,1]、B[,2]、B[,n-1],分别以y[,0]、y[,1]、y[,2]、y[,3]、…y[,n]表示所量得的各纵坐标值。若将点B、B[,1]、B[,2]、B[,3]、 …、B[,n-1],C依次相连,则从图中可以看出,折线BB[,1]B[,2]B[,3]…B[,n-1]C与曲线BC十分接近。这样,曲线BC下的面积就近似等于n个等高(高为L/n)的梯形面积之和
S[,1]=L/2n(y[,0]+y[,1]),S[,2]=L/2n(y[,1]+y[,2]),
S[,3]=L/2n(y[,2]+y[,3]),…,S[,n]=L/2n(y[,n-1]+y[,n])
S=S[,1]+S[,2]+S[,3]+…+S[,n]=〔y[,0]+y[,1]+y[,2]+y[,3]+…+y[,n]-(y[,0]+y[,n])/2〕L/n。
在具体计算中,通常都按照表格的形式进行,各纵坐标相加之值称为“总和”,y[,0]+y[,n]/2称为“修正值”, “总和”减去“修正值”称为“修正后之和”。
以上是数学知识在造船面积计算中的一些应用,按照梯形法的原理,可编写有关计算机程序,n值越大,计算结果越准确。
可见,制造船舶的每一道工序都离不开数学,如果不具备一定的数学知识,不要说制造船舶,就是要看懂一张简单的设计图,也是十分困难的。
2 高楼大厦中的几何
现代建筑各式各样,为繁华的都市增添了一道靓丽的风景线。这道风景线中包含了许许多多的数学奥秘。
立体几何中,面面平行、面面垂直的内容,都是建筑中要考虑的问题。这不仅关系到建筑的外观,而且关系到建筑的稳定性,抗震性等。处理得不好,往往会造成人员的伤亡和不必要的损失。
在建筑工地上我们发现,为保证楼房的各楼层相互平行,建筑过程中,会用一种水平经纬仪来判定楼层间的平行关系。工人师傅在施工过程中,每建完一层,都会在楼面一角的角平分线上取一点,以该点中心留一正方形的小孔,其大小及位置每层都是统一的。该小孔内不填水泥。假如楼房每层都是平行的话,则每个小孔的射影都应该与底下的正方形小孔重合。水平经纬仪是用来判断每个小孔的射影是否与底下的正方形小孔重合的工具。那么,为什么每个小孔的射影都与底下的正方形小孔重合时就能保证每层的楼面平行呢?立体几何知识可以帮助我们解开这个谜。
3 贷款消费
我们中国人传统的消费观念是“积蓄——消费——积蓄”,西方国家的观念则是“贷款——消费——积蓄还债”。银行已开办购房贷款,若家里要购房,我们就可通过数学计算为父母为“高参”了。
贷款利率与存款利率多少有些不同。贷款利率分名义利率和实际利率。一般:实际利率=名义利率-通贷膨胀率。因此通常实际利率比名义利率稍低,而贷款方式有多种,一般有信贷、按揭贷款、担保贷款等等。
先说住房贷款,目前国内商业银行提供的住房贷款年期较长,利率较低,对于大多数工薪阶层来说是比较划算的。我们看看以下的例子。
设一套80平方米的住宅,每平方米5000元,需要40万元,按家庭双职工计算,年收入为4万,则这一家人每月不作任何消费也要10 年才能买下这套房。而中国家庭每月的食品支出占总收入的55%,加上其他,那么岂不要20年才行?
如果贷款则不同,假设银行提供八成按揭,首期先付10万元。贷款30万元,还期15年,月利率为0.67%。广州平均个人住房补贴为400 元,一家每月为800元,每月需交2010元,扣除补贴,每月要交1210元,一年为14520元,只占年收入的36%,如果自己有一套房子, 抵押给银行可获15万元,剩余贷款20万元,比起按揭贷款就更为优越,每月只需730元左右。比起不贷款的方式,确是轻松不少。
再说助学贷款,国家银行对助学贷款的利率很低。在国内大学就读,助学贷款为1—3万元。假设贷款2万元,年利率为6.6%,三年为还期,每月只需不到500元。
如果出外留学,由于贷款数目较大,多数商业银行比非商业银行提供的助学贷款利率低,但要求有抵押或信贷人担保。例如美国,一年需要20—30万,假设读三年,按25万元一年计算,则需75 万元, 若贷款60万,年利率4.7%,还期为10年,每月需交2820元。比较之下, 西方国家的消费观念值得借鉴。