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    已知函数f(x)=
    1
    3
    x3-x2+1

    (1)证明方程f(x)=0在区间(0,2)内有实数解;
    (2)使用二分法,取区间的中点三次,指出方程f(x)=0(x∈[0,2])的实数解x0在哪个较小的区间内.
    本题信息:数学解答题难度一般 来源:未知
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本试题 “已知函数f(x)=13x3-x2+1(1)证明方程f(x)=0在区间(0,2)内有实数解;(2)使用二分法,取区间的中点三次,指出方程f(x)=0(x∈[0,2])的实数解x0在哪...” 主要考查您对

用二分法求函数零点的近似值

函数零点的判定定理

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  • 用二分法求函数零点的近似值
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二分法的定义

对于区间[a,b]上连续不断,且f(a)·f(b)<0的函数y=f(x),通过不断把函数f(x)的零点所在的区间一分为二,使区间的两个端点逐步逼近零点,进而得到零点近似解的方法叫做二分法。

给定精确度ξ,用二分法求函数f(x)的零点的近似值的步骤:

(1)确定区间[a,b],验证f(a)·f(b)<0,给定精确度ξ;
(2)求区间(a,b)的中点x1
(3)计算f(x1),
①若f(x1)=0,则就是函数的零点;
②若f(a)·f(x1)<0,则令b=x1(此时零点x0∈(a,x1));
③若f(x1)·f(b)<0,则令a=x1(此时零点x0∈(x1,b));
(4)判断是否达到精确度ξ,即若|a-b|<ξ,则达到零点近似值a(或b);否则重复(2)-(4)。


利用二分法求方程的近似解的特点:

(1)二分法的优点是思考方法非常简明,缺点是为了提高解的精确度,求解的过程比较长,有些计算不用计算工具甚至无法实施,往往需要借助于科学计算器.
(2)二分法是求实根的近似计算中行之有效的最简单的方法,它只要求函数是连续的,因此它的使用范围很广,并便于在计算机上实现,但是它不能求重根,也不能求虚根。


 关于用二分法求函数零点近似值的步骤应注意以下几点:

①第一步中要使区间长度尽量小,f(a),f(b)的值比较容易计算,且f(a).f(b)<0;
②根据函数的零点与相应方程根的关系,求函数的零点与求相应方程的根是等价的,对于求方程f(x)=g(x)的根,可以构造函数F(x)=f(x)-g(x),函数F(x)的零点即为方程f(x)=g(x)的根;
③设函数的零点为x0,则a<x0<b,作出数轴,在数轴上标出a,b,x0对应的点,如图,所以0<x0-a<b-a,a一b<x0-b<0.由于|a -b|<ε,所以|x0 -a|<b-a<ε,|x0 -b|<|a -b|<ε即a或b作为函数的零点x0的近似值都达到给定的精确度ε
    
④我们可用二分法求方程的近似解.由于计算量大,而且是重复相同的步骤,因此,我们可以通过设计一定的计算程序,借助计算器或计算机完成计算.



函数零点存在性定理:

一般地,如果函数y=f(x)在区间[a,b]上的图象是连续不断的一条曲线,并且有f(a).f(b)<o,那么函数y=f(x)在区间(a,b)内有零点,即存在c∈(a,b),使得f(c)=O,这个c也就是f(x)=0的根.特别提醒:(1)根据该定理,能确定f(x)在(a,b)内有零点,但零点不一定唯一.
 (2)并不是所有的零点都可以用该定理来确定,也可以说不满足该定理的条件,并不能说明函数在(a,b)上没有零点,例如,函数f(x) =x2 -3x +2有f(0)·f(3)>0,但函数f(x)在区间(0,3)上有两个零点.
 (3)若f(x)在[a,b]上的图象是连续不断的,且是单调函数,f(a).f(b)<0,则fx)在(a,b)上有唯一的零点.


函数零点个数的判断方法:

(1)几何法:对于不能用求根公式的方程,可以将它与函数y =f(x)的图象联系起来,并利用函数的性质找出零点.
特别提醒:①“方程的根”与“函数的零点”尽管有密切联系,但不能混为一谈,如方程x2-2x +1 =0在[0,2]上有两个等根,而函数f(x)=x2-2x +1在[0,2]上只有一个零点
                ②函数的零点是实数而不是数轴上的点.
(2)代数法:求方程f(x)=0的实数根.