高中数学几何变换与矩阵2.6矩阵的简单应用学案苏教版.docx

2.6 矩阵的简单应用1.掌握网络图、一级路矩阵、二级路矩阵的定义.2.了解矩阵的简单应用.基础初探1.矩阵的相关知识(1)矩阵的概念及表示方法.(2)矩阵的计算：二阶矩阵与平面列向量的乘法，两个二阶矩阵之间的乘法.(3)常见的几何变换：恒等、伸压、反射、旋转、投影及切变变换，掌握它们的矩阵表示.(4)二阶矩阵对应的几何变换均是线性变换.(5)矩阵的乘法的几何意义在于对应变换的复合.(6)矩阵的乘法满足结合律，但不满足交换律、消去律.(7)逆矩阵的概念：掌握哪些(变换对应的)矩阵是可逆的，投影变换矩阵是重要的不可逆矩阵的例子.(8)利用逆矩阵公式或者行列式法求逆矩阵；从几何变换上分析二元一次方程组的解.(9)特征值与特征向量的概念、求法及其应用.2.网络图与路矩阵(1)在数学中，通常把像如图261这样表示关系的图形称为网络图，其中的交点A，B，C称为结点.图261(2)网络图所对应的反映从一个结点直达另一个结点的交通情况的矩阵叫做一级路矩阵，而从某个结点出发，先经过一个结点，再到达另外一个结点的交通情况的矩阵称为二级路矩阵.(3)一级路矩阵与二级路矩阵的区别在于从一个结点到另一个结点是直达，还是间接到达.右图对应的一级路矩阵M，二级路矩阵N.3.求解矩阵应用题的方法及技巧对于应用题，我们要读懂题意，如果还没弄清题意就去做题，则很容易出错.应用题主要考查分析能力、转化能力及运算能力.因此，我们要加强这方面能力的培养与训练，在解与矩阵有关的应用题时，要学会寻找分析问题和解决问题的突破口，在解题中提高自己的综合能力.4.种群问题的数学模型教材P78例6种群问题的数学模型.M，其中an，bn表示两个相互影响的种群X，Y随时间段变化的数量.若起初的种群数量，则经过n个时段后的种群数量为，且Mn.若矩阵M的特征值1，2对应的特征向量分别为1，2，且m1k2，mR，kR，则MnMnMn(m1k2)mMn1kMn2m1k2(nN*).质疑手记预习完成后，请将你的疑问记录，并与“小伙伴们”探讨交流：疑问1：解惑：疑问2：解惑：疑问3：解惑：在概率中的应用已知A，B两个箱子，A中装有3件外观相同的产品，其中2件一等品，1件二等品，B中装有6件外观相同的产品，其中1件一等品，5件二等品.现任取A，B中的一个箱子，从中取出1件为一等品的概率是多少？【精彩点拨】找到基本量之间的关系，将其转化成矩阵问题.【自主解答】设取出一等品的可能性为X，取出二等品的可能性为Y，则取出一个箱子的概率可表示为M，从两个箱子中取出1件一等品和1件二等品的概率可以表示为N，故所求概率为，即任取A，B中的一个箱子，从中取出1件一等品的概率为.在经济学中的应用某公司经销A，B，C，D 4种品牌的电脑，其型号有，4种，某天该公司的销售情况如下表所示(单位：台)：品牌型号ABCD2310125324413011假设不同品牌的电脑的平均利润是A为1000元/台，B为1200元/台，C为800元/台，D为800元/台，求型号电脑在这天获得的总利润是多少？ 【导学号：30650057】【精彩点拨】理清表格中数据所反映的基本关系，合理转化为矩阵的相关问题，从而求解.【自主解答】由题意得型号电脑的销量为，不同品牌的平均利润为，.型号电脑在这天获得的总利润为9 800元.在网络图中的应用如图262所示的是A，B，C三个城市间的交通情况，某人想从其中某一个城市出发，直达另一个城市，那么他有几种选择？图262【精彩点拨】根据网络图看清方向，找准位置关系，正确写出矩阵.【自主解答】用矩阵M来刻画从某一城市直接到达另一城市的交通情况，则M，其中第i行第j列元素表示的是从第i个城市到第j个城市的直达交通情况，i1，2，3，j1，2，3.例如，第1行第3列数字2表示从A城市出发直达C城市的走法只有2种. 在密码学中的应用为了保证信息安全传播，设计一种密码系统，其加密原理如图263所示：.图263已知加密方式为：把发送的数字信息写为a11，a21，a12，a22的形式，先左乘矩阵A，再左乘矩阵B，得到密文Y，现在已知接收方得到的密文为4，12，32，64，试破解该密码.【精彩点拨】解与密码等有关问题的关键是明确加密与解密过程的实质就是矩阵的乘法.【自主解答】由题意知BA，(BA)1.(BA)X，X(BA)1，即发送的数据信息是2，0，0，8.在生态学中的应用当兔子和狐狸处于同一栖息地时，忽略其他因素，只考虑兔子数量和狐狸数量的相互影响.为了简便起见，不妨假设；(1)由于自然繁殖，兔子数每年增长10%，狐狸数每年减少15%；(2)由于狐狸吃兔子，兔子数每年减少狐狸数的0.15倍，狐狸数每年增加兔子数的0.1倍；(3)第n年时，兔子数量用Rn表示，狐狸数量用Fn表示；(4)初始时刻(即第0年)，兔子数量R0100只，狐狸数量F030只.请用所学知识解决以下问题：(1)列出兔子与狐狸的生态模型(即Rn，Fn的关系式)；(2)求Rn，Fn关于n的关系式；(3)讨论当n越来越大时，兔子与狐狸的数量能否达到一个稳定的平衡状态，说明你的理由. 【导学号：30650058】【精彩点拨】理清题中的相关关系，准确列式将其转化为矩阵的特征值与特征向量以及An的应用问题.【自主解答】(1)Rn1.1Rn10.15Fn1，Fn0.1Rn10.85Fn1(n1).(2)设n，M，nMn1M(Mn2)Mn0(n1).易求得矩阵M的特征多项式为：f()21.950.95.令f()0，得11，20.95.11对应的一个特征向量1，20.95对应的一个特征向量2.又0701107011102，nMn07011102701n1100.95n，Rn2101100.95n，Fn1401100.95n(n1).(3)当n越来越大时，兔子与狐狸的数量能达到一个稳定的平衡状态.理由如下：当n越来越大时，0.95n0，则Rn，Fn分别趋向于常数210，140，即随着时间的增加，兔子与狐狸的数量逐渐增加.当时间充分长后，二者的数量可以达到一个稳定的平衡状态.真题链接赏析(教材第81页习题2.6第3题)写出如图所示的网络表示的一级路矩阵(图264(2)的圆圈表示自己到自己有1条线路).图264如图265是由五个点A，B，C，D，E和连结它们的一些线组成的一个图，其相邻矩阵为_.图265【命题意图】本例主要考查矩阵在解决网络方面的应用及转化与化归能力.【解】.我还有这些不足：(1)(2)我的课下提升方案：(1)(2)学业分层测评(九)学业达标1.如图266试用矩阵表示下列网络图(一级路矩阵和二级路矩阵)：图266【解】(1)一级路矩阵M，二级路矩阵N.(2)一级路矩阵P，二级路矩阵Q.2.小明家附近有两个公共汽车站A和B，小明上学总是到这两个公共汽车站乘车且他到A站乘车的概率是.已知在A站他可以搭乘3路或者8路上学，且搭每一路汽车的概率相等，而在B站他只能搭乘3路上学，问小明搭3路汽车上学的概率有多大？ 【导学号：30650059】【解】由题意知：所以小明乘3路汽车上学的概率为.3.一家食品店做三种不同规格的生日蛋糕，每种蛋糕配料的比例(取适当单位质量来度量)，可以用下面的配料矩阵M表示根据预订，该食品店要做A种的两个，B种的四个，C种的三个，各种配料的单位质量的单价(以元为单位)用物价向量P表示试计算完成预订所需各种配料的总量及总成本.【解】预订向量N可表示为N，则完成预订所需各种配料的总量为NM，总成本为，即所需的总成本355元.4.某人进行股票投资，获利与亏损的规律为：如果某年投资获利，则第二年投资亏损的概率为；如果某年投资亏损，则第二年投资获利的概率为，假设2014年他获利的概率为.(1)求他2015年投资获利的概率；(2)问他2015年与2016年哪一年投资获利机会大？【解】(1)2014年他获利的概率为，则投资亏损的概率为，它可以用W表示.2015年他获利与亏损的概率为W2015，所以2015年他获利的概率为.(2)2016年获利与亏损的概率为W2016.所以2016年他获利的概率，2016年投资他获利机会大.5.根据教材P78例5的原理，约定可逆矩阵为，现已知发送的密码为73，137，28，56，试破解这种密码.【解】据例5，令B，A，则由A1B，即发送方所发密码对应的明码为23，9，14，0，再对照英文字母表知所发信息为“win”.能力提升6.假设两个相互影响的种群X、Y随时间段变化的数量分别为an，bn，有关系式其中a16，b14.试分析20个时