ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.06.2024
Просмотров: 155
Скачиваний: 1
Для получения искомой аналитической зависимости нет надобности и нет смысла проводить эксперименты. Достаточно опереться на существующую уже математическую теорию, описывающую равномерное движение материальных тел.1
Согласно этой теории, основанной |
на |
ранее |
проведенных |
экспе |
||||||
риментах, |
|
имеем |
готовые |
модели для определения длины пути, |
||||||
протекшего времени |
и |
пр. (s = v-t; |
t = sfv). |
Все, что |
тре |
|||||
буется |
в |
данном |
случае, — это |
перейти |
от |
описания |
ма |
|||
шины |
М ь |
связанной |
с объектом |
0|, |
к описанию машины |
М2 , |
||||
связанной |
с объектом 02 , |
причем объектом 0 2 |
является |
уже |
упомянутая математическая теория.
Итак, совершим этот переход, т. е. выскажем поставленный вопрос в терминах действующих здесь математических соот ношений:
Заданы четыре величины — su, |
s2i, |
ul t -, v2i — и зависимости |
||
h(su, vu) |
=tn и f2(s2i, v2i) ~t2i, |
позволяющие по заданным ве |
||
личинам |
находить параметры |
tu, |
t2l. |
Требуется установить, |
какой из параметров txi, |
1ц больше при любом фиксированном |
||||||||||||
наборе величин su |
s2, 'vu |
v2. |
|
|
Sj обозначено |
расстоя |
|||||||
В |
этой формулировке символом |
||||||||||||
ние NS, символом s2 — расстояние PS, |
символом V\ —скорость |
||||||||||||
движения |
велосипедиста, |
символом щ — скорость |
движения |
||||||||||
поезда. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Имея |
математическую |
формулировку |
задачи, найдем ее — |
||||||||||
в данном случае элементарное—решение и получим |
ма |
||||||||||||
шину |
М2 : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Подставляя |
в |
эту |
машину |
основные |
параметры |
S u , |
s2,-, |
||||||
Viu Щи имеем |
каждый |
раз |
результативный сигнал |
zu Мно |
|||||||||
жество сигналов Zi делится на два класса: |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
а) |
z < 0 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) |
г > 0 . |
|
|
|
|
|
|
Таким |
образом, |
каждый |
шаг |
работы |
машины |
доставляет |
|||||||
1 бит информации. В целом образуется цикл информации |
Д 2 , |
||||||||||||
который отождествляется |
с циклом / й ] при помощи |
кодовой |
|||||||||||
таблицы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 Ради выяснения сущности вопроса отвлекаемся здесь от всех подроб ностей и считаем движение равномерным.
5 зак. 886 |
65 |
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 2.4 |
||
|
|
Сигнал Su |
|
Сигнал |
s2i |
|
|
Велосипедист |
успел |
|
|
г ( < 0 |
|
|
|
Велосипедист |
опоздал |
|
zt> 0 |
|
|||
5. Рассматривая в подробностях процесс |
конструирования |
||||||
аналитической |
модели, полезно выделить в нем четыре |
основ |
|||||
ных этапа. |
|
|
|
|
|
|
|
а) Первый этап можно назвать обобщенно подготовкой |
ана |
||||||
литической |
модели. |
На этом |
этапе производится выбор |
коли |
|||
чественных |
характеристик, |
порождающих |
цикл |
информа |
ции Jki, а также выбор основных параметров, определяющих работу машины Mi .
В том случае, когда общее математическое описание объекта Oi уже готово, на первом этапе осуществляется пере ход к математической формулировке поставленной частной задачи.
б) |
Второй этап —- конструирование |
аналитической |
модели. |
Здесь |
необходимо, опираясь на экспериментальные |
данные, |
подобрать готовую или разработать новую аналитическую за висимость. При наличии общего математического описания остается на этом этапе решить задачу, поставленную в рамках действующего математического аппарата.
в) Третий этап — усовершенствование полученной модели.
Конечно, усовершенствовать модель вовсе не обязательно; разумнее сразу получить ее в удобном виде. Однако на прак тике это обычно не удается и потому стремление повысить ра бочие качества модели часто оказывается вполне оправданным. Способы усовершенствования аналитических моделей трудно охватить одной общей рекомендацией. Во всяком случае здесь самое широкое применение находят известные математические
преобразования |
и подстановки. Элементарной иллюстрацией |
|
может служить |
только |
что решенная задача. Вместо зависи |
м о с т и ^ — (^~— l ) = 2 f |
целесообразно употребить выражение |
Sit So!
, rr
|
— = ui, где U{ = Zi—1. |
Для этого |
достаточно в |
кодовой |
табл. |
2.4 заменить сигналы |
2 , ^ 0 ; Z i > 0 |
сигналами |
— 1; |
66щ > — |
1 . |
|
|
|
г) |
Четвертый |
этап — использование |
технических |
средств. |
||||||||||||
По существу, это возврат от математического |
моделирования |
|||||||||||||||
к моделям иного типа. Как правило, |
Исходный |
|
||||||||||||||
такой |
|
возврат |
оправдан при боль |
|
||||||||||||
шом |
количестве |
вычислений. Выше |
объект |
|
||||||||||||
|
подготоВкД. |
|||||||||||||||
упоминалось (2.1.4; 2.1.5), что обыч |
|
|||||||||||||||
|
модели |
|
||||||||||||||
ные |
математические |
|
записи |
уже |
Математическое |
|
||||||||||
представляют собой |
реальные и по |
|
||||||||||||||
описание |
|
|||||||||||||||
тому |
в какой-то |
|
мере |
технические |
JL-KOHcmpyupg- |
|||||||||||
устройства. |
Но здесь |
речь |
идет, ко |
|||||||||||||
|
бание моде/т |
|||||||||||||||
нечно, не о математических |
записях, |
Математическая |
|
|||||||||||||
а о математической технике в пол |
|
|||||||||||||||
модель HI |
|
|||||||||||||||
ном смысле слова: счеты, |
логариф |
I Щ-усобершенШа- |
||||||||||||||
мические |
линейки, |
|
арифмометры, |
|||||||||||||
|
^ |
бание Шдш |
||||||||||||||
другие |
аналогичные |
|
приборы |
и, на |
||||||||||||
|
Математическая |
|
||||||||||||||
конец, современная |
вычислительная |
|
||||||||||||||
модель N2 |
|
|||||||||||||||
техника. После |
привлечения |
|
техни |
|
использование |
|||||||||||
ческих |
устройств |
исходный |
объект |
|
||||||||||||
|
техники |
|
||||||||||||||
Oi сопоставляется |
с другим |
|
вещест |
Техническое |
|
|||||||||||
венным |
объектом |
|
03 ; |
аналитиче |
|
|||||||||||
|
устройство |
|
||||||||||||||
ская |
модель 0 2 играет в этом |
случае |
|
|
|
|||||||||||
роль хотя и необходимого, но все же |
р и с |
2.11 |
|
|||||||||||||
промежуточного |
звена. |
Схема |
рас |
|
|
|
||||||||||
смотренного процесса |
приведена |
на рис. 2.11. |
|
|
§4. Геометрические модели
1.Широк и разнообразен набор пространственных форм, изучаемых в геометрии. Линейные и нелинейные образы; пло ские и пространственные кривые различного вида и порядка; поверхности и многогранники; совокупности линий — конгру
энции, комплексы; совокупности поверхностей — пучки, связки
и т. д. Важно заметить, что любая геометрическая |
конструкция |
||
представляет |
собой прямо или косвенно |
действующую |
геомет |
рическую машину.
Рассмотрим, например, прямую / и плоскость а, произволь но расположенные в пространстве. Пересекаясь между собой, они определяют точку А . Выбирая другие прямые и другие плоскости, будем получать другие точки. Следовательно, ука занная конструкция прямо работает как геометрическая ма шина: на вход машины подаем два основных сигнала — пря мую и плоскость, — на выходе имеем один ответный сигнал — точку.
5* |
67 |
Если вместо прямой, плоскости и точки взять элементы, определяющие их в какой-либо системе отсчета, то на входе
|
и на |
выходе |
|
косвенно |
|
дейст |
||||
|
вующей |
|
геометрической |
ма- |
||||||
|
шины |
появятся названные эле |
||||||||
|
менты. |
|
Например, |
введем |
в |
|||||
|
пространстве |
|
декартову |
систе |
||||||
|
му координат |
(рис. 2.12). Пря |
||||||||
|
мую |
/ |
будем |
определять |
че |
|||||
|
тырьмя |
точками Ki, |
К% L \ , |
L 3 , |
||||||
|
которые |
позволяют |
отметить |
|||||||
|
следы |
данной |
прямой |
К |
и |
L |
||||
|
на |
координатных |
плоскостях |
|||||||
|
Xi-x2 |
и XfX3. |
|
Плоскость а оп |
||||||
|
ределяется |
тремя точками |
|
Ри |
||||||
|
Q2, |
Rs |
|
высекаемыми |
ею |
на |
||||
Рис. 2.12 |
осях координат. Точка А опре |
|||||||||
деляется |
в |
обычном |
смысле |
|||||||
|
своими |
координатами |
А и |
А?,, |
Л3 . При--таком выборе системыотнесения на вход машины по даются параметры Кп Кг, L i , L3, Plt Q2, Ra, на выходе ее имеем параметры А \ , А 2 , Л3 . Косвенный характер действия машины выражается в том, что она работает при посредстве произволь но выбранной системы отнесения, или при посредстве вспомо гательных геометрических машин. Заметим, что геометрическая форма, взятая как единое целое (точка, линия, поверхность), может выполнять функции геометрической машины лишь кос венным образом, после введения некоторой системы отнесения
(ср. 2.2.10, 2.2.11).
2. Предположим, что изучению подлежит объект О ь при чем представляют практический интерес некоторые его прост ранственные характеристики. Уже отмечалось (2.1.3, 2.2.4), как часто приходится встречаться с подобными ситуациями. Изучая полет космического снаряда, мы стремимся выявить форму его траектории, плоскость орбиты, точку приземления; изучая работу парового двигателя, интересуемся взаимным расположением его частей, видом поверхности, которую опи
сывают отдельные рабочие элементы, направлением |
приложен |
||||
ных сил и т. д. Словом, объект Oi доставляет |
информацию |
||||
о геометрических |
соотношениях |
и эта информация J g l является |
|||
существенной. |
информацию J g \ |
|
|
|
|
Для того |
чтобы передать |
(2.1.1), |
может |
||
потребоваться |
модель — объект О2. Поскольку |
речь |
идет |
68
о геометрических соотношениях или поскольку геометрические соотношения способствуют интуитивным восприятиям и на глядности, естественно привлечь к делу геометрические конст рукции.
Если |
геометрическая характеристика |
gu объекта 0 ; зави |
||||||||||||
сит от нескольких |
параметров ХЦ, |
Х\2,... |
,Хщ, |
поддающихся |
||||||||||
учету |
и обозрению, |
то |
мы |
имеем |
машину М и |
|
[ ( х ц , |
х 1 2 , . . . , |
||||||
Х у п ) — y g n ] . |
Требуется |
подобрать тождественную |
ей геометри |
|||||||||||
ческую |
машину М2 . |
После |
того |
как это |
сделано, |
переходим |
||||||||
к следующей |
(независимой |
от gu) |
геометрической |
характери |
||||||||||
стике и т. д. Совокупность полученных геометрических |
машин |
|||||||||||||
М21, |
М22 • • • |
образует |
геометрическое |
описание |
исходного |
|||||||||
объекта, |
или, что то |
же самое, |
его геометрическую |
модель. |
||||||||||
Эта |
модель |
сконструирована |
из |
геометрических |
образов; |
|||||||||
практическая |
работа |
|
с |
ними |
сводится |
к |
построениям |
|
|
и оцен |
||||
кам, |
основанным |
на |
|
|
построениях. |
|
|
|
|
|
|
|||
3. |
Геометрическая |
|
машина |
может |
представлять |
собой |
аппарат, извлеченный из арсенала готовых математических средств. Ее приходится подбирать па основе эксперименталь
ных данных. |
Результаты экспериментов образуют таблицу, |
||
в левой |
части |
которой |
(на входе) фигурируют исходные об |
разы, а |
в правой части |
(на выходе) — результативные эле |
менты. За строками этой таблицы нужно угадать соответст вующий геометрический алгоритм, построение. Как и в раз
деле |
2.3.3, |
следует подчеркнуть несколько тривиальный, но |
|||||
иногда полезный |
вывод: вид геометрической |
модели |
сущест |
||||
венно |
зависит |
от |
принятой |
системы |
отнесения. |
Вывод этот дей |
|
ствительно |
полезен в тех |
случаях, |
когда |
система |
отнесения |
становится слишком привычной, возводится в принцип и абсо лютизируется.
Изготовление машины М2 еще более-осложняется и требует особенно интенсивных творческих усилий при отсутствии под ходящих для данных условий геометрических средств. Тогда встает вопрос о развита специальной теории; и это опережаю щее практику теоретическое развитие служит необходимой предпосылкой успешного осуществления процессов моделиро вания.
4. Совершенно так же, как и в случае аналитического моде лирования, исследование частных вопросов и задач, связанных с объектом О ь может проходить за рамками эксперимента. Однако предполагается, что общее геометрическое описание объекта, находящееся в прямой зависимости от эксперимен тальных данных, уже имеется в нашем распоряжении. При
69