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函式零點的概念及求法,用二分法求方程的近似解

一、知識點

1、函式的零點

對於函式 ,我們把使 的實數 叫做函式 的零點。

2、方程的根與函式的零點的關係:

方程 有實數根 函式 的圖象與 軸有交點 函式 有零點。

3、函式零點的存在性

對函式零點的存在性應從以下幾方面進一步理解:

(1)函式的圖象是連續的,當它透過零點(不是二重零點)時,函式值變號;

(2)相鄰兩個零點之間的所有函式值保持同號;

(3)在函式的某一單調區間內,至多有一個零點;

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(4)如果函式 在一個區間 上的圖象不間斷,並且它的兩個端點處的函式值異號,即 ,則這個函式在這個區間至少有一個零點。

4、二分法

對於在區間[a,b]上連續不斷、且f(a)· f(b)<0的函式y=f(x),透過不斷地把函式f(x)的零點所在的區間一分為二,使區間的兩個端點逐步逼近零點,進而得到零點近似值的方法叫二分法。

5、用二分法求方程的近似解

步驟:

(1)確定區間[a,b],驗證f(a)·f(b)<0,給定精確度ε;

(2)求區間(a,b)的中點x 1 ;

(3)計算f(x 1 );

1)若f(x 1 )=0,則x 1 就是函式的零點;

2)若f(a)·f(x 1 )<0,則令b=x 1 (此時零點x 0 ∈(a,x 1 ));

3)若f(b)·f(x 1 )<0,則令a=x 1 (此時零點x 0 ∈(x 1 ,b))。

(4)判斷是否達到精確度ε:即若|a-b|<ε,則得到零點的近似值a(或b);否則重複2~4。

說明:

1)二分法是求一般函式的零點的一種通法,使用二分法的前提條件是:函式零點的存在性。

2)二分法中運用了“逐步逼近”的數學思想,它是透過不斷把函式的零點所在的區間一分為二,使區間的兩個端點逐步逼近零點,進而得到零點近似值(即方程近似解)。“逐步逼近”思想在許多數學知識中都有很好的運用,希望同學們在學習中要多加領會。

3)二分法求函式零點的不足:二分法的思路雖然簡單,但一方面,若函式 在 上有幾個零點時,則只能算出一個零點;另一方面,即使函式 在 上有零點,也未必有 ,這就限制了二分法的使用範圍。

二、例題

1、方程的根與函式的零點

例1、

已知函式 的圖象,如圖所示,則( )

函式零點的概念及求法,用二分法求方程的近似解

A。

B。

C。

D。

分析

這個問題中 、 、 、 四個待定係數要由圖象及方程的根來確定。

解析:

從圖中可得 ,∴ ,

又知 還有兩個零點,可設函式解析式為:

當 時, ,∴ ,又由 得,

故答案選A。

小結:

要會根據函式的零點來設解析式,掌握判斷最高次項係數符號的方法。該例的解法還很多,同學們不妨再探討一下其他解法。

例2、

關於 的一元二次方程 的兩根分別落在區間 , 內,求實數 的取值範圍。

分析:

該例是一元二次方程根的分佈問題,解題關鍵是由圖象的分佈要求,列出不等式求解。

解析:

設二次函式 ,其對稱軸為 ,圖象開口向上,如圖所示。

函式零點的概念及求法,用二分法求方程的近似解

依題意得

函式零點的概念及求法,用二分法求方程的近似解

,解得 ,

∴實數 的取值範圍為 。

小結:

函式與方程之間有著密切的聯絡,在解決其中某一方面的問題時,經常轉化為另一方面的問題,在這個轉化過程中,函式的零點起著非常重要的作用。

例3、

已知 a 是實數,函式 ,如果函式 在區間 上有零點,求 a 的取值範圍。

分析:

利用 在區間 上有零點,畫出草圖,列出不等式求解。

解析:

若 , ,顯然 在 上沒有零點,所以 。

(1)當

恰有一個零點在 上時,則

函式零點的概念及求法,用二分法求方程的近似解

解得 或 。

(2)當 在 上有兩個零點時,則

函式零點的概念及求法,用二分法求方程的近似解

函式零點的概念及求法,用二分法求方程的近似解

解得 或 。

綜上,所求實數 的取值範圍是 或 。

小結:

當函式在某區間有零點時,要注意對零點的個數加以分析和討論。

2、利用函式零點解不等式

例4、

求函式 的零點,並指出當 , 時 的取值範圍。

分析:

該例主要考查二次函式 與一元二次方程 間的關係,關鍵是作出 的簡圖。

解析:

解方程 得 , ,

∴函式 的零點為 ,1, 。

畫出函式的簡圖,如圖所示,從圖象可以看出:

函式零點的概念及求法,用二分法求方程的近似解

當 時, ;當 或 時, 。

故函式 的零點為 ,1;

時, 的取值範圍為 ;

時, 的取值範圍為 。

小結:

一元二次函式的圖象是連續的,當它透過零點(不是二重零點)時,函式值變號,且在任意兩個相鄰的變號零點之間所有函式值保持同號,根據二次函式變號零點的這一性質,可以求解一元二次不等式。

3、用二分法求方程的近似解

例5、

用二分法求函式 的一個正零點(精確到0。1)。

分析:

按照用二分法求方程近似解的一般步驟求解。

解析:

由於要求的是函式的一個正零點,因此可以考慮首先確定一個包含正零點的恰當區間,如 , , ,故可取區間 為計算的初始區間(當然 也可以),用二分法逐次計算,列表如下:

區間

中點

中點函式值

由上表計算可知,區間 的長度 ,所以可以將 的近似值 作為函式零點的近似值。

小結:

在用二分法求函式零點時,若函式能因式分解,可先將其因式分解,進而求得零點,再依據零點確定一個包含零點的恰當區間。如本題可將 變形為 ,則函式零點為 , , ,再根據 選取一個恰當區間。

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