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发表于 2003-10-2 00:03:02
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2000网易杯全国大学生数学建模竞赛题目(大专组)
C题 飞越北极
今年6月,扬子晚报发布消息:“中美航线下月可飞越北极,北京至底特律可节省4小时”,摘要如下:
7月1日起,加拿大和俄罗斯将允许民航班机飞越北极,此改变可大幅度缩短北美与亚洲间的飞行时间,旅客可直接从休斯敦,丹佛及明尼阿波利斯直飞北京等地。据加拿大空中交通管制局估计,如飞越北极,底特律至北京的飞行时间可节省4个小时。由于不需中途降落加油,实际节省的时间不止此数。
假设:飞机飞行高度约为10公里,飞行速度约为每小时980公里;从北京至底特律原来的航线飞经以下10处:
A1 (北纬31度,东经122度); A2 (北纬36度,东经140度);
A3 (北纬 53度,西经165度); A4 (北纬62度,西经150度);
A5 (北纬 59度,西经140度); A6 (北纬 55度,西经135度);
A7 (北纬 50度,西经130度); A8 (北纬 47度,西经125度);
A8 (北纬 47度,西经122度); A10 (北纬 42度,西经87度)。
请对“北京至底特律的飞行时间可节省4小时“从数学上作出一个合理的解释,分两种情况讨论:
(1) 设地球是半径为6371千米的球体;
(2) 设地球是一旋转椭球体,赤道半径为6378千米,子午线短半轴为6357千米。
D题 空洞探测
山体、隧洞、坝体等的某些内部结构可用弹性波测量来确定。一个简化问题可描述为,一块均匀介质构成的矩形平板内有一些充满空气的空洞,在平板的两个邻边分别等距地设置若干波源,在它们的对边对等地安放同样多的接收器,记录弹性波由每个波源到达对边上每个接收器的时间,根据弹性波在介质中和在空气中不同的传播速度,来确定板内空洞的位置。现考察如下的具体问题:
一块240(米)×240(米)的平板(如图),在 AB边等距地设置7个波源Pi (i=1,…,7),CD边对等地安放7个接收器Qj (j=1,…,7),记录由Pi发出的弹性波到达Qj的时间tij(秒); 在 AD边等距地设置7个波源Ri (i=1,…,7),BC边对等地安放7个接收器Sj (j=1,…,7),记录由Ri发出的弹性波到达Sj的时间τij (秒)。已知弹性波在介质和空气中的传播速度分别为2880(米/秒)和320(米/秒),且弹性波沿板边缘的传播速度与在介质中的传播速度相同。
1)确定该平板内空洞的位置。
2)只根据由Pi发出的弹性波到达Qj的时间tij(i,j=1,…,7),能确定空洞的位置吗;讨论在同样能够确定空洞位置的前提下,减少波源和接受器的方法。
tij Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7
P1 0.0611 0.0895 0.1996 0.2032 0.4181 0.4923 0.5646
P2 0.0989 0.0592 0.4413 0.4318 0.4770 0.5242 0.3805
P3 0.3052 0.4131 0.0598 0.4153 0.4156 0.3563 0.1919
P4 0.3221 0.4453 0.4040 0.0738 0.1789 0.0740 0.2122
P5 0.3490 0.4529 0.2263 0.1917 0.0839 0.1768 0.1810
P6 0.3807 0.3177 0.2364 0.3064 0.2217 0.0939 0.1031
P7 0.4311 0.3397 0.3566 0.1954 0.0760 0.0688 0.1042
τij S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7
R1 0.0645 0.0602 0.0813 0.3516 0.3867 0.4314 0.5721
R2 0.0753 0.0700 0.2852 0.4341 0.3491 0.4800 0.4980
R3 0.3456 0.3205 0.0974 0.4093 0.4240 0.4540 0.3112
R4 0.3655 0.3289 0.4247 0.1007 0.3249 0.2134 0.1017
R5 0.3165 0.2409 0.3214 0.3256 0.0904 0.1874 0.2130
R6 0.2749 0.3891 0.5895 0.3016 0.2058 0.0841 0.0706
R7 0.4434 0.4919 0.3904 0.0786 0.0709 0.0914 0.0583
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