[轉(zhuǎn)載]反比例、牛吃草到排隊論(一個工程,如果10個人來完成,需要30天;20人來完成,需要15天。看起來這樣推理是沒有問題的。因為工程總量是個定值,完成時間與參與工程的人數(shù)成反比。這樣的問題不常常在我們的資料上出現(xiàn)么? 只要稍一延伸,就會發(fā)現(xiàn)問題。30人來完成,需要10天;300人來完成,需要1天;3000人來完成,需要0.1天……照這樣推理,原來需要幾十人修建幾個月的樓房,只要人足夠多,就可以在一瞬間之內(nèi)建好!雖然我們常說:人多好辦事,但這也太不可思議了吧。 之所以得出這種不符合實際的結(jié)論,是因為在很多實際問題中,反比例函數(shù)模型的成立,是要求自變量的取值在一定范圍內(nèi)的。 而在反比例函數(shù)教學的時候,教材考慮到學生的接受能力,沒有引入函數(shù)的定義域,那老師們更談不上強調(diào)。 反比例函數(shù)教學,對總量為定值強調(diào)較多。但有時候,由于有些人考慮不周到,把總量不為定值的問題也當作簡單的反比例函數(shù)來處理了。典型的例子就是牛吃草問題。 一片草地能夠讓10頭牛吃30天,如果有15頭牛,能吃幾天呢?如果簡單地認為:牛頭數(shù)越多,吃的天數(shù)就越少,二者是反比例關(guān)系,應該是于30×10÷15=20天。 此問題當然不會這樣簡單。牛吃的草,有的是原來的,有的是這些天里新長的,又不是只吃原來草場上的那些草。牛多了,新長的草還不夠牛吃的,夠吃的天數(shù)會比20天少。至于到底是多少天,由于題目條件不足,沒法計算。下面我們給出一個完整的題目。 有一片草地,如果放牧24頭牛,則6天吃完牧草,如果放牧21頭牛,則8天吃完牧草。假設草每天勻速生長,每頭牛吃草的量是相等的。如果放牧16頭牛,幾天可以吃完牧草? 解這類問題的關(guān)鍵就是要注意到,雖然草總在生長,但操場上原來的草是定值,而草是勻速生長,所以每天新長出的草量也是不變的。抓住不變量,我們可以得到下面4個關(guān)系式;顯然(3)和(4)可看作是(2)的變式。 ?。?/span>1)草的生長速度=(對應的牛頭數(shù)×吃的較多天數(shù)-相應的牛頭數(shù)×吃的較少天數(shù))÷(吃的較多天數(shù)-吃的較少天數(shù)); (2)原有草量=牛頭數(shù)×吃的天數(shù)-草的生長速度×吃的天數(shù); (3)吃的天數(shù)=原有草量÷(牛頭數(shù)-草的生長速度); (4)牛頭數(shù)=原有草量÷吃的天數(shù)+草的生長速度。 所以此題解答為: 草的生長速度:(21×8-24×6)÷(8-6)=12(份草) 原有草量:21×8-12×8=72(份草) 16頭??沙裕?/span>72÷(16-12)=18(天) 此問題大有來頭,最早是17世紀英國偉大的科學家牛頓提出來的,記載在他的《普遍的算術(shù)》一書中。 此類問題的研究很有必要,因為在實際生活中可以找到很多這樣的例子。譬如超市的收銀臺平均每小時有60名顧客前來排隊付款,每一個收銀臺每小時能應付80名顧客付款。某天某時刻,超市如果只開設一個收銀臺,付款開始4小時就沒有顧客排隊了,問如果當時開設兩個收銀臺,則付款開始幾小時就沒有顧客排隊了。 分析:一個收銀臺4小時處理4*80=320名顧客付款,4小時中有4*60=240名顧客前來排隊,則超市開設一個收銀臺時有320-240=80名顧客要付款。設當時開設兩個收銀臺付款開始x小時就沒有顧客排隊了,則80+60x=2*80x,解得x=0.8。 有人認為這道題是道錯題,理由是:收銀員每小時能應付80名顧客,但只來60名,這說明收銀員完全可以應付的過來啊。何必還要考慮增設收銀臺呢? 提出質(zhì)疑說明他有過思考。假設每分鐘來一個顧客,收銀員馬上處理,來一個走一個,確實用不著排隊,更不用增設收銀臺??墒穷櫩偷牡絹硎请S機的,而不是均勻的。以最差的情況來說,60名顧客同時來付款,那么后面的人就要等四五十分鐘了。而在一般情況下,可能要等半小時以上。等得太久,顧客可能會放棄購物,這是超市不愿意看到的,所以要考慮增加收銀臺。 而增加收銀臺,則意味著超市將增加成本,而且超市并不是每時每刻都那么忙。兩者權(quán)衡之下,超市會根據(jù)需要增加收銀臺,但絕不會增加太多。 當然,有些數(shù)學題人為簡化了生活中的一些問題。譬如下面這道排隊問題。 畫展九點開門,但早有人排隊等候入場,從第一個觀眾來到時起,每分鐘來的觀眾人數(shù)一樣多。如果開3個入場口,9點零9分就不再有人排隊,如果開5個入場口,9點零5分就沒有人排隊,第一個觀眾到達的時間是什么時間? 解:設每分鐘來x個人,每個入場口每分鐘進y人,第一個觀眾到達時距9點有z分鐘,由題可得:x(z+9)/(3*9*y)=x(z+5)/(5*5*y),解得z=45,所以第一個到達的時間是8點15分。 排隊論是運籌學的一個分支,主要研究系統(tǒng)隨機聚散現(xiàn)象和隨機服務系統(tǒng)工作過程的數(shù)學理論和方法。排隊論應用十分廣泛,千萬不要覺得只有排著長龍的地方,才有排隊論!譬如一條線路要安排多少輛公交車,移動公司要安排多少個接電話的客服,醫(yī)院要安排多少張病床,很多實際問題都要用到排隊論。甚至可以說,排隊論適用于一切服務系統(tǒng),尤其在通信系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、計算機、存貯系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等領(lǐng)域。 評價一個排隊系統(tǒng)的好壞要以顧客與服務機構(gòu)兩方面的利益為標準,既要滿足服務對象的需要,又要使機構(gòu)的費用最經(jīng)濟或某些指標最優(yōu)。就顧客來說總希望等待時間或逗留時間越短越好,從而希望服務臺個數(shù)盡可能多些但是,就服務機構(gòu)來說,增加服務臺數(shù),就意味著增加投資,增加多了會造成浪費,增加少了要引起顧客的抱怨甚至失去顧客,增加多少比較好呢?顧客與服務機構(gòu)為了照顧自己的利益對排隊系統(tǒng)中的3個指標:隊長、等待時間、服務臺的忙期都很關(guān)心。因此這3個指標也就成了排隊論的主要研究內(nèi)容。
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