Tài liệu Phương pháp giải một số bài toán trên Excel

ThS. Trn Ngc Anh, Email: anhtn69@gmail.com, Website: http://www.sevc.edu.vn/  
PHƯƠNG PHÁP GII MT SBÀI TOÁN TRÊN EXCEL  
Biên son: ThS. Trn Ngc Anh  
Trưởng Khoa CNTT – Trường Cao đẳng nghs8/BQP  
MỞ ĐẦU  
Để có thể ứng dng Excel mt cách có hiu qutrong tính toán và trong ng  
dng thc tế, chúng ta cùng tìm hiu mt sphương pháp gii các bài toán trên Excel.  
Ngoài các chc năng đã được gii thiu, Excel còn cung cp cho chúng ta mt scông  
chu hiu để nghiên cu toán hc cũng như ứng dng htrra quyết định ti ưu.  
NI DUNG  
1. GII PHƯƠNG TRÌNH BC HAI, TÌM NGHIM F(X)=0  
1.1. Gii và bin lun phương trình bc hai:  
Dng tng quát phương trình bc 2: ax2 + bx + c = 0 (a > 0)  
- Son theo mu hình trên.  
- Đặt tên các hs:  
+ Chn khi B4:E5  
+ Chn lnh Insert/Name/Create...  
+ Đánh du chn Top row để đặt tên theo dòng đầu, ri chn OK  
Kết quả đặt tên: B5 là a, C5 là b, D5 là c_, E5 là delta.  
(Chú ý: Riêng biến c và r sẽ được Excel tự đổi thành c_ và r_ )  
- Tính delta: nhp ti ô E5 = b^2 4*a*c_  
- Xét delta ti ô B7, và tìm nghim ti ô C7 và D7:  
+ delta > 0: có hai nghim: x1=(b+sqrt(delta))/(2*a)  
x2=(bsqrt(delta))/(2*a)  
+ delta = 0: có nghim kép: x = b/(2*a)  
+ delta < 0: vô nghim.  
Ti B7: =IF(delta>0,"Hai nghim",IF(delta=0,"Nghim kép","Vô nghim"))  
Ti C7: =IF(delta>0,(b+SQRT(delta))/(2*a),IF(delta=0,b/(2*a)," "))  
Ti D7: =IF(delta>0,(bSQRT(delta))/(2*a)," ")  
Kim tra kết qu: + Nhp hs1, 3, 2 vào các ô B5, C5, D5 để xem.  
+ Nhp hs1, -2, 1 vào các ô B5, C5, D5 để xem.  
+ Nhp hs1, -2, 2 vào các ô B5, C5, D5 để xem.  
- 1 -  
ThS. Trn Ngc Anh, Email: anhtn69@gmail.com, Website: http://www.sevc.edu.vn/  
1.2. Tìm nghim phương trình f(x)=0 bng công cGoal seek (gn đúng)  
- Phép tính thun: cho biết x, ta tính được f(x):  
+ Chn ô cho nghim x  
+ Chn ô để nhp công thc hàm f(x) theo địa chô ca x để tính f(x).  
- Phép tính ngược: cho biết giá trca f(x), tính ra x: chn Tools/Goal seek...  
+ Set cell: đặt địa chô công thc f(x)  
+ To value: đặt giá tr0 (cho f(x)=0 để tìm nghim)  
+ By changing cell: đặt địa chô ca nghim x (để tìm nghim)  
+ Chn OK để tính, ri chn OK để hoàn tt.  
Ví d1: Tìm mt nghim ca phương trình bc 3: x3 6x2 + 11x – 6 = 0  
Nhp dliu như trên, đặt tên cho các giá trhsn:  
+ Chn khi A5:B8, chn lnh Insert/Name/Create..., chn Left column  
+ Chn khi E5:E6, chn lnh Insert/Name/Create..., chn Top row.  
Ti ô D6: nhp hàm bc 3 f(x) là =a*x^3+b*x^2+c_*x+d  
Khi ta cho f(x) = 0 ta stìm được nghim x.  
Cách đặt f(x)=0 như sau:  
- Chn Tools/Goal seek... để có hp thoi.  
+ Ti Set Cell: nhp D6 (địa chhàm f(x))  
+ Ti To value: nhp 0 (đặt f(x)=0)  
+ Ti By changing cell: nhp E6 (nghim)  
+ Chn OK để tính, ri OK để hoàn tt.  
- Kết qucui cùng; f(x)=-1.65E-05 ( = 0) và x = 0.9999917 ( = 1)  
- 2 -  
ThS. Trn Ngc Anh, Email: anhtn69@gmail.com, Website: http://www.sevc.edu.vn/  
Ví d2: Tìm mt nghim ca phương trình siêu vit: 3x – sin(x) = π  
Ta có hàm f(x) = 3x – sin(x) – π (Tìm nghim x để f(x)=0), thc hin như sau:  
Ti ô A5 nhp =POWER(3,B5)-SIN(B5)-PI( )  
Chn Tools/Goal seek...: nhp các địa chô và giá trvào các vùng tương ng:  
+ Set cell: A5  
+ To value: 0  
+ By changing cell: B5  
+ Chn OK để tính, ri chn tiếp OK để hoàn tt.  
Cui cùng ta tìm được nghim x =1.284523  
1.3. Tìm nghim phương trình f(x)=0 bng công cSolver (gn đúng)  
Cách tìm nghim cũng tương tnhư công cGoal seek.  
Ví d: Tìm mt nghim ca phương trình siêu vit: 3x – sin(x) – π =0  
Thay vì chn Tools/Goal seek để gii, ta thc hin:  
- Chn Tools/Solver... ta có:  
+ Set Target Cell: nhp địa chô cha công thc hàm (x): $A$5  
+ Equalto: chn Value of:, nhp giá tr0 (đặt f(x)=0)  
+ By Changing Cells: nhp địa chô cha giá trca nghim x: $B$5  
+ Bm chn nút Solve để gii, ri chn OK để hoàn tt.  
- Cui cùng ta tìm được nghim x = 1.284535  
Lưu ý: Goal seek chdùng để tìm nghim ca phương trình mt n s: f(x)=0  
- 3 -  
ThS. Trn Ngc Anh, Email: anhtn69@gmail.com, Website: http://www.sevc.edu.vn/  
2. GII HPHƯƠNG TRÌNH TUYN TÍNH, PHI TUYN  
2.1. Gii hphương trình tuyến tính bng phương pháp Matrn.  
Mt shàm dùng cho ma trn:  
ƒ MDETERM(A): Tính định thc ca ma trn A  
ƒ MINVERSE(A): Trvma trn nghch đảo ca ma trn A  
ƒ TRANSPOSE(A): Trvma trn chuyn vca ma trn A  
ƒ MMULT(A,B): Trvma trn tích ca 2 ma trn A và B  
Phương pháp chung: thphương trình, ta lp các ma trn A, B, X như sau:  
a x + a x +...+ a x = b  
a
11  
a12 ... a1n  
b
⎡ ⎤  
1
x
⎡ ⎤  
1
11  
1
12  
2
1n  
n
1
⎢ ⎥  
b2  
⎢ ⎥  
x2  
a x + a x +...+ a x = b  
a21 a22 ... a2n  
... ... ... ...  
an1 an2 ... ann  
21  
1
22  
2
2n  
n
2
⎢ ⎥  
⎢ ⎥  
A =  
, B =  
vaø X =  
⎢ ⎥  
⎢ ⎥  
...........................................  
...  
...  
⎢ ⎥  
⎢ ⎥  
an1x1 + an2 x2 +...+ ann xn = bn  
bn  
xn  
⎣ ⎦  
⎣ ⎦  
Cách gii quyết: AX = B A–1AX = A–1B X = A–1B  
Như vy, ta dùng hàm tính nghch đảo ca ma trn và hàm tích ca 2 ma trn.  
Ví d: gii hphương trình tuyến tính sau:  
2x1 + 3x2 – 2x3 = 15  
3x1 – 2x2 + 2x3 = –2  
4x1 – x2 + 3x3 = 2  
Bước 1: Nhp ma trn hsA vào  
A4:C6, và ma trn ct B vào D4:D6  
Bước 2: Tính ma trn nghch đảo A-1:  
+ Chn vùng A9:C11  
+ Nhp =MINVERSE(A4:C6) ri bm  
thp Ctrl+Shift+Enter có ma trn  
nghch đảo A-1.  
Bước 3: Tính ma trn tích X=A-1B.  
+ Chn vùng nghim B14:B16  
+ Nhp =MMULT(A9:C11,D4:D6) ri  
bm thp Ctrl+Shift+Enter để có ma  
trn nghim X.  
Kết qu: x1 = 2, x2 = 3 và x3 = –1  
Kim tra li: AX = B hay không?  
+ Chn vùng A19:C21  
+ Nhp =MMULT(A4:C6,B14:B16) ri bm thp Ctrl+Shift+Enter để tính.  
+ Ti D19: nhp =SUM(A19:C19) ri sao chép kéo xung đến D21  
Ta thy: kết quD19:D21 bng vi ma trn ct B là D4:D6  
- 4 -  
ThS. Trn Ngc Anh, Email: anhtn69@gmail.com, Website: http://www.sevc.edu.vn/  
2.2. Gii hphương trình tuyến tính, phi tuyến bng công cSolver  
Phương pháp tng quát: ta biến đổi hphương trình thành các phương trình  
a x + a x +...+ a x +b = 0  
f1(x1, x2 ,..., xn ) = a11x1 + a12 x2 +...+ a1n xn + b = 0  
11  
1
12  
2
1n  
n
1
1
a x + a x +...+ a x + b = 0  
f (x , x ,..., x ) = a x + a x +...+ a x + b = 0  
21  
1
22  
2
2n  
n
2
2
1
2
n
21  
1
22  
2
2n  
n
2
...........................................  
...........................................  
fn (x1, x2 ,..., xn ) = an1x1 + an2 x2 +...+ ann xn + bn = 0  
an1x1 + an2 x2 +...+ ann xn + bn = 0  
Tính các hàm fi(x1,x2,...,xn) (vi i=1,2,...n)  
Tính tng bình phương TBP các hàm fi:  
Dùng công cSolver đặt TBP = 0 để gii.  
n
TBP =  
f 2 (x , x ,..., x )  
i 1 2 n  
i=1  
(Hin nhiên: TBP = 0 fi(x1,x2,...,xn) = 0 (vi i=1,2,...,n)  
Lưu ý: Hàm tính tng bình phương ca mt mng hay mt dãy gt1, gt2,...  
SUMSQ(mng) hoc SUMSQ(gt1, gt2,...)  
Ví d: gii hphương trình tuyến tính sau:  
2x1 + 4x2 + 5x3 – 33 = 0  
6x1 + 6x2 + 7x3 – 70 = 0  
3x1 – 6x2 + 4x3 + 71 = 0  
Bước 1: Nhp dliu hsnhư sau:  
Bước 2: Đặt tên cho các n s(Insert/Name/Create...)  
+ Chn vùng A4:B6, chn Insert/Name/Create..., chn Left column, OK.  
Bước 3: Tính các hàm fi(x1,x2,x3) và tính tng bình phương các hàm fi(x1,x2,x3):  
+ Ti K4: nhp =D4*x1_+F4*x2_+H4*x3_+J4  
+ Kéo chép công thc ô K4 xung đến ô K6.  
+ Ti ô K7: nhp =SUMSQ(K4:K6)  
Bước 4: Chn lnh Tools/Solver..., ta có:  
+ Set Target Cell: nhp địa chô cha tng bình phương: $K$7  
+ Equalto: chn Value of:, nhp giá tr0 (để đặt $K$7 = 0)  
+ By Changing Cells: nhp vùng cha giá trcác nghim: $B$4:$B$6  
+ Bm chn nút Solve để gii, ri chn OK để hoàn tt.  
Cui cùng, ta tìm được nghim là: x1 = 6, x2 = 11.5, x3 = –5.  
Lưu ý: Gii hphương trình phi tuyến cũng tương tnhư trên.  
- 5 -  
ThS. Trn Ngc Anh, Email: anhtn69@gmail.com, Website: http://www.sevc.edu.vn/  
3. GII CÁC BÀI TOÁN TI ƯU HOÁ  
Khi tiến hành kế hoch hoá sn xut, phân phi lưu thông, qun lý và điu hành  
nhân lc, vt lc,... mà biết da trên các nguyên tc cc tr, chúng ta stiết kim được  
vt tư tin vn, tài nguyên, sc lao động, thi gian và tăng được hiu qugii quyết các  
vn đề xy ra trong thc tế.  
Đối vi người chhuy, để thc hin mt skế hoch trong công tác, qun lý và  
điu hành mà gp nhiu ràng buc phc tp, vic ra quyết định như thế nào là hp lý,  
ti ưu là vn đề cn được quan tâm, xem xét mt cách nghiêm túc.  
Excel là mt trong nhng công cphbiến, và là gii pháp đơn gin nht nhưng  
hu hiu nht cho nhng người có mt skiến thc toán hc và tin hc có thgii  
quyết tt các bài toán phc tp đặt ra trong thc tế.  
Mt sdng bài toán ti ưu hoá trong thc tế:  
+ Bài toán kế hoch sn xut.  
+ Bài toán khu phn ăn.  
+ Bài toán vn ti.  
+ Bài toán dòng chy cc đại.  
+ Bài toán phân công.  
+ Bài toán đường đi ngn nht.  
+ Bài toán thiết kế ti ưu,...  
Mô hình toán hc tng quát ca các bài toán ti ưu hoá:  
Hàm mc tiêu: f(x1, x2, ..., xn) max (min)  
vi các ràng buc: gi(x1, x2, ..., xn) (hoc =, hoc ) bi (vi i=1,2,...,m)  
Phương pháp chung gii các bài toán ti ưu hoá trên Excel:  
Bước 1: Nhp ma trn nghim X theo ct hay dòng (x1, x2,..., xn)  
Bước 2: Nhp công thc tính hàm mc tiêu là =f(x1, x2, ..., xn)  
Bước 3: Nhp m công thc tính ràng buc là =gi(x1, x2, ..., xn) (vi i=1,2,...,m)  
Bước 4: Chn lnh Tools/Solver...  
- Set Target Cell: nhp địa chô cha hàm mc tiêu.  
- Equal to: chn Max (hoc Min)  
- By Changing Cells: nhp vùng cha giá trcác nghim (x1, x2,..., xn)  
- Subject to the Constraints: bm nút Add để đặt các ràng buc:  
(mun sa ràng buc chn nút Change, mun xoá chn nút Delete)  
+ Cell Reference: nhp địa chô cha hàm ràng buc gi(x1, x2, ..., xn)  
+ Chn phép toán so sánh: <=, =, >=, int (nguyên)  
+ Constraint: nhp giá trràng buc bi  
+ Bm nút Add để thêm cho đủ các ràng buc.  
- Bm chn nút Solve để gii, ri chn OK để hoàn tt.  
Cui cùng, Excel stìm được nghim (x1, x2,..., xn) thomãn.  
- 6 -  
ThS. Trn Ngc Anh, Email: anhtn69@gmail.com, Website: http://www.sevc.edu.vn/  
Ví dáp dng 1: Gii bài toán f(x1,x2) = 3x1 4x2 min  
ràng buc: x1 x2 4  
2x1 + 3x2 20  
x1, x2 0  
Cách gii quyết:  
Bước 1: Nhp theo mu  
+ Chn khi A2:B3  
+ Chn Insert/Name/Create/Top row để đặt tên cho ô A3 là x1_, B3 là x2_  
Bước 2: + Ti C3 nhp hàm mc tiêu =3*x1_4*x2_  
Bước 3: + Ti D3: nhp ràng buc 1: =x1_x2_  
+ Ti E3: nhp ràng buc 2: =2*x1_+3*x2_  
Bước 4: Chn Tools/Solver...  
- Set Target Cell: $C$3 (địa chhàm mc tiêu)  
- Equal to: chn Min (cc tiu)  
- By Changing Cells: $A$3:$B$3 (vùng cha nghim)  
- Subject to the Constraints:  
+Bm nút Add để nhp các ràng buc 1:  
. Cell Reference:  
$D$3  
. Chn phép toán so sánh: >=  
. Constraint: nhp giá tr: 4  
. Bm OK  
+ Bm nút Add để thêm ràng buc 2:  
. Cell Reference:  
$E$3  
. Chn phép toán so sánh: <=  
. Constraint: nhp giá tr: 20  
. Bm OK  
+ Bm nút Add để thêm ràng buc 3:  
. Cell Reference:  
. Chn phép toán so sánh: >=  
. Constraint: nhp giá tr: 0  
. Bm OK  
$A$3:$B$3  
- Bm chn nút Solve để gii, ri chn OK để hoàn tt.  
Cui cùng, Excel stìm được nghim x1 = 6.4 và x2 = 2.4 (fmin = 9.6)  
Ví dáp dng 2: Gii bài toán f(x1,x2)= 3x1 + 2x2 max  
Các ràng buc:  
2x1 + x2 2  
3x1 + 4x2 12  
x1, x2 0  
Bng cách tương t, ta stìm được nghim x1 = 4 và x2 = 0 (fmax =12)  
- 7 -  
ThS. Trn Ngc Anh, Email: anhtn69@gmail.com, Website: http://www.sevc.edu.vn/  
4. XÂY DNG MÔ HÌNH VÀ MÔ PHNG TRÊN EXCEL  
4.1. Xây dng mô hình  
Bài toán: Cho mt tp sliu ri rc {(xi, yi), i=1..n}. Cn xây dng mô hình  
toán hc y = f(x) để biu din sphthuc ca y vào x.  
Cách gii quyết:  
a, Chn mô hình  
Thông thường da vào sliu kho sát để xây dng mô hình toán hc biu din.  
Mt smô hình hi quy (regression) được sdng phbiến: tuyến tính (Linear), hàm  
loga (Logarit), hàm mũ (Exponential), đa thc (Polynomial),...  
ƒ Mô hình tuyến tính:  
ƒ Mô hình logarit:  
ƒ Mô hình hàm mũ:  
ƒ Mô hình đa thc:  
y = a.x + b  
y = a.ln(x) + b  
y = a.ex + b  
y = a.x2 + b.x + c (đa thc bc 2)  
Trên cơ skho sát đồ thsliu để chn và xây dng mô hình thích hp. Vi  
mô hình xây dng được, có ththc hin dbáo hoc tính toán các kết qumi.  
b, Khnhiu  
Trong trường hp sliu có nhiu nhiu, ta có ththc hin lc nhiu, làm trơn  
trước khi xây dng mô hình. Vi Δxi không đổi (Δxi = xi+1 – xi = const), ta thường khử  
nhiu bng các blc như sau:  
ƒ Blc trung bình:  
yi = 0.5yi-1 + 0.5yi  
hoc yi = 0.5yi + 0.5yi+1  
ƒ Blc bc 3 [0.3, 0.4, 0.3]  
ƒ Blc bc 5 [0.1, 0.2, 0.4, 0.2, 0.1]:  
yi = 0.1yi-2 + 0.2yi-1 + 0.4yi + 0.2yi+1 + 0.1yi+1  
yi = 0.3yi-1 + 0.4yi + 0.3yi+1  
c, Tìm các tham smô hình  
Vi mô hình đã chn, xây dng hàm mc tiêu để tìm tham scho mô hình:  
n
2
D =  
[
y f (x )  
]
min  
i
i
i=1  
Từ đây, sdng công cSolver ca Excel để gii quyết bài toán toán ti ưu này.  
Ví dáp dng: Xây dng mô hình dân sthế gii theo bng sliu sau:  
Năm 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007  
DS (t) 5.844 5.923 6.001 6.078 6.153 6.228 6.321 6.392 6.477 6.561 6.646  
8.000  
7.000  
6.000  
5.000  
4.000  
3.000  
2.000  
1.000  
0.000  
1994  
1996  
1998  
2000  
2002  
2004  
2006  
2008  
2010  
- 8 -  
ThS. Trn Ngc Anh, Email: anhtn69@gmail.com, Website: http://www.sevc.edu.vn/  
Vi đồ thmô tnhư trên, ta có thchn mô hình tuyến tính chng hn:  
f(x) = a.x + b  
Trong đó: x là năm, còn f(x) là dân sthế gii (tngười) ti năm đó.  
n
2
DSQ =  
[
y f (x )  
]
min  
Hàm mc tiêu được chn:  
i
i
i=1  
Vì hàm mc tiêu chquan tâm đến đạt giá trti thiu, nên để tránh li tràn s,  
ta chn giá trln nht (max = 6.646) quy vthang đơn vị để tính hàm mc tiêu:  
2
n
y f (x )  
i
i
SumSQ =  
min  
max  
i=1  
Gii quyết trên Excel:  
Bước 1: Nhp dliu theo mu như sau:  
+ Đặt tên cho ô N1 là a, N2 là b (chn Insert/Name/Define để đặt)  
+ Ti ô B3, nhp: =(B2-a*B1-b)/MAX($B$2:$L$2)  
+ Kéo chép công thc ô B3 đến ô L3  
+ Ti ô N3, nhp: =SUMSQ(B3:L3)  
Bước 2: Chn Tools/Solver...  
- Set Target Cell: $N$3 (địa chhàm mc tiêu)  
- Equal to: chn Min (cc tiu)  
- By Changing Cells: $N$1:$N$2 (vùng cha nghim)  
- Bm chn nút Solve để gii, ri chn OK để hoàn tt.  
Cui cùng, stìm được cp tham sa = 0.074157495 và b = -142.222287 ca mô hình.  
4.2. Mô phng trên Excel  
Khái nim vmô phng: là quá trình phng thc li mt hthng trong mt  
điu kin không gian và thi gian có thkho sát được.  
Dùng hàm RAND() để mô tgiá trngu nhiên.  
4.2.1. Bài toán gieo đồng xu  
Nhp theo mu, trong đó:  
Ti B4: nhp =RAND()  
ri kéo chép xung B13  
Ti C4: nhp =IF(B4>=0.5,1,0)  
ri kéo chép xung C13  
Chú ý, mi ln kéo C4 xung C13 là ta thc hin  
gieo li 10 ln đồng xu.  
- 9 -  
ThS. Trn Ngc Anh, Email: anhtn69@gmail.com, Website: http://www.sevc.edu.vn/  
4.2.2. Bài toán xsố  
Nhp dliu theo mu, trong đó:  
Ti B4: nhp =INT(10*RAND()) để ly ngu nhiên mt chst0-9  
Kéo chép B4 đến B7, kéo chép B4 đến F4  
Kéo chép C4 đến C9, chép D4 đến D10, chép E4:F4 đến E11:F11  
Ti G4: nhp =B4&C4&D4&E4&F4  
Ri kéo chép G4 xung G11 ta scó kết qu.  
Chú ý: mi ln kéo chép G4 đến G11 là ta thc hin quay xsmt ln.  
KT LUN  
Rõ ràng là ngoài các chc năng tính toán, qun trdliu văn phòng, Excel còn  
cung cp cho chúng ta nhiu công cụ để gii toán, xây dng mô hình, mô phng mt  
cách tin li, trc quan. Từ đây, chúng ta có thsdng nó để nghiên cu gii các  
phương trình, các hphương trình, các bài toán ti ưu, các bài toán mô phng,...  
BÀI TP  
Bài 1: Gii bài toán f(x1,x2) = 3x1 – 2x2 min  
các ràng buc:  
2x1 – x2 2  
3x1 + 4x2 8  
x1, x2 0  
Bài 2: Gii bài toán f(x1,x2,x3) = 2x1 + 3x2 + 5x3 max  
các ràng buc:  
x1 + x2 – x3 –5  
–6x1 + 7x2 – 9x3 4  
x1 + x2 + 4x3 =10  
x1, x2, x30  
Bài 3: Bài toán chn vtrí xây dng.  
Có 5 cm dân cư A, B, C, D, E các địa đim có toạ độ (tính bng km): A(2,3),  
B(8,5), C(6,15), D(1,10) và E(5,20). Hin nay đang có nhu cu quy hoch để xây dng  
mt khu trung tâm gm có: trường hc, bnh vin và trung tâm thương mi. Hãy chn  
địa đim O(xo,yo) để xây dng sao cho tng chi phí đi li tcác cm dân cư đến đó là ít  
nht. Biết rng: chi phí đi li tlthun vi khong cách và mt độ dân cư. Mt độ dân  
cư ca các cm là A(15%), B(30%), C(5%), D(35%) và E(15%).  
Đáp s: (xo, yo)=(1.8, 9.6)  
- 10 -  
pdf 10 trang Thùy Anh 28/04/2022 5260
Bạn đang xem tài liệu "Tài liệu Phương pháp giải một số bài toán trên Excel", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfphuong_phap_giai_mot_so_bai_toan_tren_excel.pdf