高等代數(shù)在數(shù)學(xué)建模中的應(yīng)用探討

畢天虹

摘 要：高等代數(shù)是高等教育中大部分學(xué)生的一門必修課，注重考察學(xué)生思維能力、推理能力和抽象能力，因此也是學(xué)習(xí)難度較高的一門課程。本文在論述高等代數(shù)和數(shù)學(xué)建模的基礎(chǔ)上，以生活案例展開討論了高等代數(shù)在數(shù)學(xué)建模中的應(yīng)用，并提出相應(yīng)對策建議，以期促進(jìn)大學(xué)生高等代數(shù)的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：高等代數(shù);數(shù)學(xué)建模;應(yīng)用

作為高等院校一門重要的基礎(chǔ)課程，高等代數(shù)旨在培養(yǎng)大學(xué)生的思維能力、推理能力和抽象能力，對后續(xù)其它課程學(xué)習(xí)與理解具有重要作用。高等代數(shù)在日常生活中有非常廣泛的應(yīng)用，能夠解決現(xiàn)實生活中的諸多難題。鑒于此，本文通過日常生活案例探討高等代數(shù)在數(shù)學(xué)建模中的應(yīng)用，為大學(xué)生高效率、高質(zhì)量學(xué)習(xí)高等代數(shù)提供借鑒。

1 高等代數(shù)與數(shù)學(xué)建模思想概述

高等代數(shù)是代數(shù)發(fā)展到高級階段的總稱，一般包括多個分支，如線性代數(shù)和多項式代數(shù)等。隨著時代的發(fā)展，高等代數(shù)的內(nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓展，相關(guān)理論研究愈加豐富。然而，高等代數(shù)中有大量概念和定理需要掌握，且抽象性較強(qiáng)難于記憶，因而尋找更適合的學(xué)習(xí)方式和教學(xué)方式成為學(xué)習(xí)高等代數(shù)的重中之重。

數(shù)學(xué)建模思想是按照現(xiàn)實問題，抽象出相關(guān)理論依據(jù)并構(gòu)建起數(shù)學(xué)模型來達(dá)到解決現(xiàn)實問題的目的。因此，通過理論聯(lián)系實際，將數(shù)學(xué)建模思想融入到高等代數(shù)學(xué)習(xí)中是一種有效方式。[1]首先，高等代數(shù)應(yīng)用范圍廣，能夠快速建立起相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，對解決問題具有顯著作用;其次，高等代數(shù)較為抽象，而數(shù)學(xué)建模具有將知識形象化、實用化等特點(diǎn)，便于理解記憶，快速掌握相關(guān)知識點(diǎn)。

2 高等代數(shù)在數(shù)學(xué)建模中的應(yīng)用案例

現(xiàn)如今，高等代數(shù)已在多個學(xué)科領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，例如經(jīng)濟(jì)學(xué)、物理學(xué)、信息技術(shù)等領(lǐng)域，并在解決現(xiàn)實問題中取得重大進(jìn)步。因此，本文以日常生活中的案例來說明高等代數(shù)在數(shù)學(xué)建模中的應(yīng)用。

案例：某商店出售A、B、C三種商品，顧客1分別購買了A、B、C三種商品各1千克，共花費(fèi)10元;顧客2購買A商品2千克、B商品1千克、C商品3千克，共花費(fèi)22元;顧客3購買A商品1千克、B商品3千克、C商品2千克，共花費(fèi)21元。問：A、B、C三種商品的售價分別是多少？

對此問題解法，在學(xué)高等代數(shù)之前，可以通過列三元一次方程組求解結(jié)果：

解法一：三元一次方程組

根據(jù)題干信息，可以得到如下三元一次方程組：

通過解該方程組可得，X1=2，X2=3，X3=5，即A商品售價為2元/千克，B商品售價為3元/千克，C商品售價為5元/千克。上述是利用三元一次方程組求解過程，該題是現(xiàn)實生活中的常見問題，也可以通過高等代數(shù)的相關(guān)知識進(jìn)行解答，具體過程如下：

解法二：高等代數(shù)解法

借助題干中所得信息，可以抽象出該題的理論模型，從而用高等代數(shù)中的矩陣構(gòu)建起問題模型進(jìn)行求解。依題意可得：

由此可以解得，X1=2，X2=3，X3=5，即A商品售價為2元/千克，B商品售價為3元/千克，C商品售價為5元/千克，表明利用高等代數(shù)求解結(jié)果與三元一次方程組所得結(jié)果一致。綜合上述兩種解法，高等代數(shù)在數(shù)學(xué)建模中的應(yīng)用具有重要意義。首先，有利于為大學(xué)生解決現(xiàn)實問題提供一種新的方式，掌握一種新的解題工具，提高大學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性;其次，有利于大學(xué)生更高效地掌握高等代數(shù)知識，提高思維能力、提升抽象能力。

3 高等代數(shù)在數(shù)學(xué)建模中的應(yīng)用對策建議

高等代數(shù)不僅是一種科學(xué)知識，也是一種科學(xué)工具，更有利于人類解決現(xiàn)實問題，因而對大部分大學(xué)生而言是一門必須掌握的課程。因此，本文從兩個方面提出學(xué)習(xí)建議：

第一，培養(yǎng)大學(xué)生利用高等代數(shù)與數(shù)學(xué)建模思想解決問題的思維。首先，要求大學(xué)生對高等代數(shù)相關(guān)理論知識有一定的理解，只有掌握牢固的基礎(chǔ)知識，才能學(xué)會靈活運(yùn)用，并學(xué)習(xí)好更多更深的高等代數(shù)知識;其次，能夠有效地將現(xiàn)實問題或理論問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，只有具備將現(xiàn)實問題聯(lián)系到相關(guān)知識點(diǎn)的能力，才能以最快速度建立起合適的數(shù)學(xué)模型;最后，要慢慢培養(yǎng)起學(xué)習(xí)高等代數(shù)的興趣，才能有充足的積極性、主動性去獲取更多知識，并在日常學(xué)習(xí)與解決問題時注重總結(jié)規(guī)律積累、經(jīng)驗。[2]

第二，重視信息科學(xué)技術(shù)在解決高等代數(shù)問題時的作用。當(dāng)今世界信息技術(shù)發(fā)展速度異常迅猛，大學(xué)生作為年輕且富有朝氣的新一代，不僅要學(xué)會掌握信息技術(shù)，還要積極擁抱信息技術(shù)，充分利用計算機(jī)等輔助技術(shù)解決各類難題。當(dāng)前，在解決高等代數(shù)相關(guān)問題時，也有大量軟件為計算矩陣等結(jié)果提供便利，例如Matlab、Mathematica等數(shù)學(xué)工具軟件，極大提高了人類運(yùn)算效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]田元生.數(shù)學(xué)建模思想融入高等代數(shù)課程概念教學(xué)的研究與實踐[J].湘南學(xué)院學(xué)報，2019，40（02）：73-75.

[2]李麗，楊方白，門桐宇，唐佳玥.基于數(shù)學(xué)建模思想的高等代數(shù)課程教學(xué)研究[J].沈陽師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，35（02）：253-256.