Nguyễn Quang Hưng
(sonnet)
New Member
Trước đây đã có một vài bạn yêu cầu tôi viết về ứng dụng Math trong đời sống cho forum, nhưng chưa có dịp và thời gian để viết tại HAO. Nay nhân có bạn XHải đưa ra "phân tích" ví dụ cây xăng (trong 1 loạt bài dài của bạn ấy về KT) và đã gặp phải một số lúng túng nhất định khi giải quyết vấn đề này, tôi quyết định đem nó ra để ... minh họa ứng dụng toán học phổ thông trong đời sống. Nó quả thực là đơn giản nhưng cũng chỉ đơn giản cho những ai nắm chắc kiến thức phổ thông và biết vận dụng nó ở ngoài đời sống thường ngày. Học Toán mà không biết ứng dụng thì cũng như học kỹ nghệ bắt Rồng, thực tế làm quái gì có Rồng "sống" mà bắt ... |-) |-)
Vấn đề mà chúng ta sẽ quan tâm là như sau: Trong 1 thành phố với 1 hệ thống P các đường phố, cần phải xây dựng 1 hệ thống N cây xăng (cũng có thể thay thế các cây xăng bằng các bến xe búyt, các rạp chiếu bóng, các bể bơi, sân tennis, WC công cộng, công viên, thư viện, trạm y tế, trạm cứu hỏa, đồn công an, etc.etc.). Vấn đề được đặt ra là phải bố trí chúng ờ đâu sẽ là "tối ưu cho việc sử dụng" ?
Trước hết, khái niệm "tối ưu cho việc sử dụng" (gọi tắt là "tối ưu") ở đây được hiểu là tổng tất cả các chi phí cho việc sử dụng hệ thống nói trên là nhỏ nhất. Giả sử là chúng ta biết hết mọi thứ cần phải biết trong vấn đề này. Ở đây đó là: hàm số mật độ ng sử dụng, hàm số chi phi, cũng như giả sử là mọi ng sử dụng là rational nghĩa là họ sẽ luôn chọn địa điểm mà chi phí sử dụng của họ là nhỏ nhất.
Để đơn giản hóa vđ, đỡ tốn giấy mực và đỡ phải viết nhiều ký hiệu không cần thiết, từ đây trở đi tôi luôn giả sử là mật độ ng sử dụng là đều (uniform) và hàm số chi phi sẽ chỉ phụ thuộc vào khỏang cách, thậm trí đơn giản hơn nữa: chi phí tỉ lệ thuận với khỏang cách.
Problem 1: Bài toán "khởi động"
Trên 1 dãy phố có chiều dài L, bố trí N cây xăng như thế nào là tối ưu nhất ?
Với giả sử như trên, lấy trục tọa độ là dãy phố, với kiến thức toán học phổ thông, rất dễ chứng minh được là phân bố chúng ở các điểm có tọa độ { (2k-1) * L /2N : where k=1,...,N } sẽ là tối ưu. Hình học mà nói chỉ cần chia dẫy phố thành N đoạn bằng nhau rồi đặt chúng tại điểm giữa của mỗi đoạn con là xong.
Bạn có thể tính tổng các tích phân đơn giản hoặc tính đạo hàm riêng. Cũng có thể qui nạp |-) |-)
Với N=2 là ví dụ XH phân tích nhưng lý luận không chặt chẽ.
Problem 2: Bài toán "vượt chướng ngại vật"
Trên 2 dãy phố cắt nhau vuông góc tại trung điểm mỗi phố, có chiều dài lần lượt là L_1, L_2, bố trí N cây xăng như thế nào là tối ưu nhất ?
Giải hoàn toàn tương tự. Không làm tính bạn có đoán được phân bố phải ra sao không ?
Problem 3: Bài toán "tăng tốc"
Trên 12 dãy phố tạo thành 4 hình vuông kề nhau như hình vẽ dưới đây, bố trí N cây xăng như thế nào là tối ưu nhất ?
|--|--|
|--|--|
|--|--|
Vấn đề mà chúng ta sẽ quan tâm là như sau: Trong 1 thành phố với 1 hệ thống P các đường phố, cần phải xây dựng 1 hệ thống N cây xăng (cũng có thể thay thế các cây xăng bằng các bến xe búyt, các rạp chiếu bóng, các bể bơi, sân tennis, WC công cộng, công viên, thư viện, trạm y tế, trạm cứu hỏa, đồn công an, etc.etc.). Vấn đề được đặt ra là phải bố trí chúng ờ đâu sẽ là "tối ưu cho việc sử dụng" ?
Trước hết, khái niệm "tối ưu cho việc sử dụng" (gọi tắt là "tối ưu") ở đây được hiểu là tổng tất cả các chi phí cho việc sử dụng hệ thống nói trên là nhỏ nhất. Giả sử là chúng ta biết hết mọi thứ cần phải biết trong vấn đề này. Ở đây đó là: hàm số mật độ ng sử dụng, hàm số chi phi, cũng như giả sử là mọi ng sử dụng là rational nghĩa là họ sẽ luôn chọn địa điểm mà chi phí sử dụng của họ là nhỏ nhất.
Để đơn giản hóa vđ, đỡ tốn giấy mực và đỡ phải viết nhiều ký hiệu không cần thiết, từ đây trở đi tôi luôn giả sử là mật độ ng sử dụng là đều (uniform) và hàm số chi phi sẽ chỉ phụ thuộc vào khỏang cách, thậm trí đơn giản hơn nữa: chi phí tỉ lệ thuận với khỏang cách.
Problem 1: Bài toán "khởi động"
Trên 1 dãy phố có chiều dài L, bố trí N cây xăng như thế nào là tối ưu nhất ?
Với giả sử như trên, lấy trục tọa độ là dãy phố, với kiến thức toán học phổ thông, rất dễ chứng minh được là phân bố chúng ở các điểm có tọa độ { (2k-1) * L /2N : where k=1,...,N } sẽ là tối ưu. Hình học mà nói chỉ cần chia dẫy phố thành N đoạn bằng nhau rồi đặt chúng tại điểm giữa của mỗi đoạn con là xong.
Bạn có thể tính tổng các tích phân đơn giản hoặc tính đạo hàm riêng. Cũng có thể qui nạp |-) |-)
Với N=2 là ví dụ XH phân tích nhưng lý luận không chặt chẽ.
Problem 2: Bài toán "vượt chướng ngại vật"
Trên 2 dãy phố cắt nhau vuông góc tại trung điểm mỗi phố, có chiều dài lần lượt là L_1, L_2, bố trí N cây xăng như thế nào là tối ưu nhất ?
Giải hoàn toàn tương tự. Không làm tính bạn có đoán được phân bố phải ra sao không ?
Problem 3: Bài toán "tăng tốc"
Trên 12 dãy phố tạo thành 4 hình vuông kề nhau như hình vẽ dưới đây, bố trí N cây xăng như thế nào là tối ưu nhất ?
|--|--|
|--|--|
|--|--|
Chỉnh sửa lần cuối: