Thế nào là mô hình toán học?

Trên đây chúng ta vừa nói đến việc dùng tính toán toán học thay cho diễn tập quân sự và thiết kế các loại sản phẩm. Tất cả các công việc trên không thể tách khỏi việc xây dựng các “mô hình toán học”. Chúng ta đều biết mô hình là một cách mô phỏng các sự vật khách quan. Tuy nhiên đó không phải là cách mô phỏng đơn giản, các mô phỏng phải gây được sự hứng thú ở chúng ta. Như với các mô hình máy bay trình bày ở phòng triển lãm thì hình thức là điểm quan trọng nhất. Tuy nhiên với các mô hình tham gia cuộc thi mô hình máy bay thì hình thức bên ngoài không phải là điều quan trọng nữa mà chủ yếu là tính năng bay của mô hình. Mô hình còn phải có một thuộc tính trừu tượng nào đó. Ví dụ một tấm bản đồ địa chất và một tấm bản đồ giao thông của cùng một khu vực, hai tấm bản đồ không hề phản ánh cùng một nội dung mà là có nội dung hoàn toàn khác nhau.

Trên đây chúng ta đã đề cập đến mô hình của các vật thực, thế thì mô hình toán học là gì? Theo như tên gọi, mô hình toán học là dùng phương pháp toán học để cấu trúc nên mô hình. Đó cũng chính là dùng toán học để biểu đạt các vấn đề thực tế phức tạp. Mô hình chính là cách giản hoá các vấn đề thực tế. Mô hình các vật thực là như vậy mà mô hình toán học cũng là như vậy. Nếu không dùng cách giản hoá mà muốn dùng toán học để biểu đạt rõ ràng một vấn đề thực tế phức tạp là không có khả năng. Ví dụ với một đoàn tàu ta có thể thông qua tốc độ chuyển động giả định để lập lộ trình cho tàu chạy hoặc tính thời gian để tàu thực hiện thời gian chạy hết lộ trình. Làm như vậy chúng ta đã giản hoá tốc độ chuyển động của tàu, bởi vì trong suốt hành trình, tàu không thể luôn giữ một tốc độ xác định. Thậm chí khi tính toán ta cũng không hề tính toán đến tốc độ khởi động chậm ban đầu mà xem nó như chuyển động với tốc độ lớn ngay từ ban đầu.

Tuy nhiên, trong mô hình toán học cũng có sự giản hoá, thế nhưng cùng một vấn đề có thể có mức giản hoá khác nhau, có loại mô hình thô sơ, có loại mô hình phức tạp.

Ví dụ với mô hình tăng trưởng nhân khẩu. Theo như mô hình của giáo sĩ Malthus (năm 1798) thì giả sử số người sinh là b và số người chết là d thì số nhân khẩu gia tăng tương đối r sẽ là r = b - d cũng là một hằng số. Giả sử lúc ban đầu (t = 0) số nhân khẩu là N0 thì sau thời gian t, số nhân khẩu ở thời điểm đó Nt sẽ là:

Hay nói cách khác, nhân khẩu tăng theo cấp số nhân. Dựa vào các số liệu thống kê, người ta thấy, từ thế kỉ XIX về trước, ở một số địa phương, thì sự tăng dân số phù hợp với mô hình Malthus, còn đại đa số các địa phương khác khá xa mô hình này. Do đó mô hình Malthus hoàn toàn không xét đến việc khi nhân khẩu tăng thì hoàn cảnh sinh hoạt,

tài nguyên thiên nhiên sẽ hạn chế việc tăng trưởng nhân khẩu. Khi tăng số nhân khẩu thì thực phẩm giảm, điều kiện cư trú, các vấn đề ô nhiễm môi trường làm cho tỉ lệ sinh giảm và tỉ lệ chết tăng.

Một mô hình khác là mô hình Logistic, nếu gọi r là hàm số của số nhân khẩu N ta có mô hình:

Theo mô hình Logistic, sự tăng nhân khẩu có ràng buộc hằng số ổn định K. Về mô hình này có điểm đáng chú ý là phù hợp thực tế, phù hợp với các số liệu thống kê. Vì vậy mô hình này đã được ứng dụng rộng rãi trong việc dự đoán sự phát triển số lượng các sinh vật.

Vậy chẳng phải càng xem xét kĩ lưỡng thì mô hình càng tốt hơn chăng? Điều đó cũng chưa chắc. Khi càng xem xét kĩ lưỡng, càng tiếp cận với tình hình thực tế, mô hình càng phức tạp thì việc sử dụng mô hình càng khó khăn và sẽ không thể được áp dụng một cách thích hợp. Vì vậy một mô hình toán học tốt, cần phải phản ánh chuẩn xác tình hình thực tế, nhưng không nên quá phức tạp.

Việc xây dựng được một mô hình toán học thích hợp sẽ đem lại cho công tác hàng ngày của chúng ta được thuận tiện hơn. Muốn xây dựng một mô hình toán học tốt cần phải chuẩn bị cơ sở toán học tốt cho mô hình, cần phải đi sâu để giải thích. Mô hình toán học là một tri thức đa dạng, là chỗ giao lưu của nhiều ngành.

Tại sao người máy lại nghe và hiểu được tiếng người?

Khoa học kỹ thuật phát triển đến hôm nay và đã chế tạo ra hàng loạt người máy nói được nghe được. Việc đó không còn là khó khăn nữa.

Vì sao nói rừng ôn đới là kho báu bị lãng quên?

Những người am hiểu địa lí đều biết đến rừng nhiệt đới, nhưng chị em sinh đôi của rừng nhiệt đới là rừng ôn đới thì lại ít ai biết đến. Điều đó cũng...

Amidan thường được bác sĩ cắt bỏ khỏi cơ thể bệnh nhân, phải chăng nó không có vai trò gì

Không đúng. Amidan là một thành phần của hệ bạch huyết.

Vì sao hầu như không hề có tiếng nói giống nhau?

Khi ta nói hoặc hát, âm thanh do yết hầu phát ra, chính xác hơn là do thanh đới của yết hầu phát ra. Thanh đới là một tập hợp các lớp niêm mạc trong...

Tại sao người phương Tây kị con số 13?

Trong Kinh Thánh có ghi một câu chuyện như sau: Jesus cùng mười hai tông đồ họp nhau trong lễ Vượt Qua. Đến bữa ăn tối Jesus nói: “Trong số các ngươi...

Vì sao quạt điện thường có 3 cánh?

Khả năng làm mát nhanh với tốc độ gió lớn là ưu điểm lớn nhất mà quạt điện 3 cánh mang lại. Ngoài ra, thiết kế nhỏ gọn, thanh thoát cũng là một đặc điểm mà người mua rất yêu thích ở dòng quạt này.

Sự kiện bệnh đau nhức xảy ra như thế nào?

Trên thế giới có nhiều bệnh kì lạ đưa lại đau khổ cho con người. Năm 1955 – 1972, ở lưu vực sông Thần Thông, huyện Phú Sơn, Nhật Bản đã xuất hiện một...

Vì sao năm 1998 Trường Giang lại phát sinh lũ lụt toàn lưu vực?

Năm 1998, một số vùng Trung Quốc bị thiên tai lũ lụt rất nghiêm trọng. Lượng nước rất lớn, phạm vi rất rộng, thời gian kéo dài, thiệt hại khôn lường.

Vì sao phải công bố các thông báo về tình trạng môi trường?

Thông báo về tình trạng môi trường là một loại chế độ đã sớm trở thành thông lệ ở nước ngoài. Rất nhiều cơ quan bảo vệ môi trường của nhiều quốc gia...