幾何畫板與運籌學作圖註記

    幾何畫板(The Geometer's Sketchpad®)是一個通用的數學、物理教學環境,提供豐富而方便的創造功能使用戶可以隨心所欲地編寫出自己需要的教學課件。《幾何畫板》軟件是由美國Key Curriculum Press公司製作並出版的優秀教育軟件,1996年該公司授權人民教育出版社在中國發行該軟件的中文版。

    運籌學(Operational Research(英國)或者是Operations Research(美國))是近代應用數學的一個分支,主要是將生產、管理等事件中出現的一些帶有普遍性的運籌問題加以提煉,然後利用數學方法進行解決。前者提供模型,後者提供理論和方法。

    運籌學是一門綜合性很強的學科,它包括線性規劃、非線性規劃、整數規劃、多目標規劃、動態規劃、運輸問題、圖論、排隊論與存儲論等分支。在運籌學的學習和使用中,形象化的圖例能幫助我們理解並準確分析問題。以下是本人最近使用幾何畫板製作運籌圖例的幾點小結,希望能對各位有所幫助。

    案例1. 圖解法求解線性規劃問題。

    

    製作技巧:在幾何畫板左側工具箱中尋找對應工具。點與線段不難尋找,本人使用的版本是5.01,對應第2、3個(類)工具。箭頭的畫法,鼠標左鍵點擊(長按)自定義工具,在彈出的列表中找到箭頭工具,並在下一級列表中找到箭頭D(本人覺得這個相對較自然,如果想使用其它箭頭,可自行選擇)。牆壁工具(帶3條虛線的線段),用以標記每個線性不等式約束的可行域,自定義工具-->物理工具-->牆壁。分數與公式,使用文字工具(第6個(類),圖標爲A),點擊文字工具後,在畫板中畫一個長方形,就可以輸入信息了,此時注意到畫板正下方彈出的編輯文字的工具欄,找到“數學符號面板”(位於該工具欄的右側,下劃線圖標邊上),點擊之後,能編寫常用的數學公式。

    案例2. 圖解法求解多目標規劃

    

    製作技巧:點、線段、箭頭、文字的添加方法見上一例。繪製多邊形(綠色部分),在畫板左側工具箱中找到多邊形工具(第5個(類),鼠標長按,還能選擇其它多邊形工具),點擊該工具,並在畫板中順序地點擊多邊形的各頂點,在最後一個點(也就是第一個點)處雙擊,即可確定該多邊形。

    案例3:圖解法求解圖論問題

    

    製作技巧:點、箭頭、文字的添加方法見案例1。文字的複製與移動,在本例中,如果認爲直接繪製(添加)文字比較麻煩,可以在添加一個文字對象後,將鼠標點爲“移動”(點擊畫板左側的“移動箭頭工具”或按ESC鍵),此時鼠標變爲一個箭頭,接下來點擊一個文字,並按Ctrl+C進行復制,點擊畫板中的空白位置,按Ctrl+V進行粘貼,在得到新副本後,用鼠標拖拽的方法移動該對象,到達指定位置後,雙擊該(文字)對象即可編輯。添加彎曲箭頭,對於彎曲的箭頭,本人沒找到,於是採取手繪,選擇畫板左側的標記工具(第7個(類)),並在畫板區域內直接繪製。

    關於運籌學的圖形,還有許多工具可以製作(例如Matlab, Mathematica, Maple, Photoshop等),以上用到地幾何畫板使用相對較容易,該工具還能根據現有的函數表達式繪製出函數圖像,還能生成動畫……其它功能有待進一步的探討與學習。

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