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数学建模
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储量计算模型
储量计算模型
1摘要: 当今社会实行的是市场经济,公司企业也是这样,做一切事情都要首先考虑是不是具有一定的经济效益,矿物开发公司也是这样,它在开采某一地区的矿产的时候都是先进行实地的勘探看看有没有可以开发的意义,看看其实不是有开发的潜力。进而估计要开发该矿产所需的人力物力等等。这样也就是尽量避免公司走弯路,避免出现花费很多人力物力,到一开发才发现实际能开采的东西少之又少,现有一矿物开采公司现要对某地区某矿物的储量进行估计,看看该矿物是否具有开发的潜力跟到底有多大的经济效益,看看在该地区该矿物的储量是多少,进而估计需要生产的规模等本文利用数理统计知识及建立数学模型对题中给的某地区的矿藏储量进行了评价由于要测量的范围很大,数据较大,所以我们随机在该地区进行了有限点的勘测,进行了20个平面点的勘测,依靠知识,我们选择了相关的模型。
2问题描述
某地区为估计某矿物的储量,在该地区内进行勘探,得到如下数据(见表一)。请估计出此地区内(1≤X≤4,1≤Y≤5)该矿物的储量.
编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
x坐标(KM)
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
y坐标(KM)
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
矿物体厚度H(M)
13.72
25.80
8.47
25.27
22.32
15.47
21.33
14.49
24.83
26.19
编号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
x坐标(KM)
3
3
3
3
3
4
4
4
4
4
y坐标(KM)
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
矿物体厚度H(M)
23.28
26.48
29.14
12.04
14.58
19.95
23.73
15.35
18.01
16.29
表一 地区勘探数据表
3 模型假设
1)题中所给的数据真实可用
2)假设该矿产在一定时期没有增减,各种因素对此题无影响。
4 问题分析与建立模型
由表一可以知矿物体的厚度H是坐标x和坐标y的二元函数H=H(x,y),根据二重积分的知识有所求该矿物的储量就是二重积分的值。由于函数H(x,y)没有给出具体表达式,而只给出一些离散点上的函数值,下面采用数值积分的方法来近似计算该矿物的储量。
在计算方法中有很多计算定积分的公式,根据本题特点,这里采用计算定积分的复化梯形公式来计算二重积分。为得到计算二重积分的复化梯形公式,注意
到计算定积分的复化梯形公式为
这里节点是等距节点xk=a+khx,k=0,1,...,n, hx是相邻节点间的距离。对二重积分
令,则有,于是二重积分计算可以由g(x)的复化梯形公式
计算,而其中的也是用复化梯形公式计算的,于是可以利用逐次复化梯形求积公式近似计算出来。通过具体推导,可以得到计算二重积分的复化梯形公式:
(1)
其中是下面矩阵A的元素:
5 模型求解与模型检验
表一的数据是网格化的(数据点位置见图1)
图1数据点位置示意图
由上图可得:h x= h y =1,n=3,m=4,相应的矩阵
利用公式(1) 编程计算有:
In[1]:= da={{13.72/4,15.47/2,23.28/2,19.95/4}, {25.8/2, 21.33, 26.48,23.73/2},
{8.47/2, 14.49, 29.14,15.35/2}, {25.27/2, 24.83, 12.04,18.01/2},
{22.32/4,26.19/2,14.58/2,16.29/4}};
daa=4da;
Sum[daa[[i,j]],{i,1,5},{j,1,4}]/4
Out[1]= 244.455
考虑到单位问题,得出该矿物的储量约为0.244455′10 9(立方米)。
本题还可以直接用Mathematica中二元函数分段插值命令求得,具体处理命令为
In[1]:= data = {{1, 1, 13.72}, {1, 2, 25.80}, {1, 3, 8.47}, {1, 4, 25.27}, {1, 5,22.32},
{2, 1, 15.47}, {2, 2, 21.33}, {2, 3, 14.49}, {2, 4,24.83}, {2, 5, 26.19},
{3, 1, 23.28}, {3, 2, 26.48}, {3, 3, 29.14}, {3, 4, 12.04}, {3, 5, 14.58},
{4, 1, 19.95},{4, 2,23.73}, {4, 3, 15.35}, {4, 4, 18
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