
(1)本節(jié)將要研究哪類問(wèn)題?
(2)本節(jié)研究的起點(diǎn)是什么?目標(biāo)是什么?
問(wèn)題1 閱讀課本第114~118,回答下列問(wèn)題:
(1)本節(jié)將要研究函數(shù)的零點(diǎn)存在定理及二分法求方程近似解.
(2)起點(diǎn)是函數(shù)的零點(diǎn),函數(shù)的零點(diǎn)與對(duì)應(yīng)方程的根之間的關(guān)系,以及利用函數(shù)的圖像求解對(duì)應(yīng)不等式的解集.目標(biāo)是理解函數(shù)零點(diǎn)存在定理,會(huì)用函數(shù)的性質(zhì)判斷對(duì)應(yīng)方程是否有實(shí)根,會(huì)利用“二分法”找到實(shí)根的近似值等.重點(diǎn)是滲透數(shù)形結(jié)合的數(shù)學(xué)思想,二分法,提升學(xué)生直觀想象、數(shù)學(xué)抽象、數(shù)據(jù)分析和邏輯推理等素養(yǎng).
我們知道:一次函數(shù)、二次函數(shù)的零點(diǎn)是否存在,并不難判別,這是因?yàn)橐辉淮畏匠?、一元二次方程?shí)數(shù)解的情況,都可以根據(jù)它們的系數(shù)判別出來(lái),而且有實(shí)數(shù)根的時(shí)候,都能夠?qū)懗銮蟾剑?br/>問(wèn)題2 關(guān)于x的一元一次方程kx+b=0(k≠0)的求根公式為_(kāi)_______;一元二次方程的求根公式為
____________________________.
問(wèn)題3 對(duì)于次數(shù)大于或等于3的多項(xiàng)式函數(shù)(例如f(x)=ax3+bx2+cx+d,其中a≠0),以及其他表達(dá)式更復(fù)雜的函數(shù)來(lái)說(shuō),判斷零點(diǎn)是否存在以及求零點(diǎn),都不是容易的事(事實(shí)上,數(shù)學(xué)家們已經(jīng)證明:次數(shù)大于4的多項(xiàng)式方程,不存在求根公式).那么,什么情況下一個(gè)函數(shù)一定存在零點(diǎn)呢?
問(wèn)題4 如下圖所示,已知A,B都是函數(shù)y=f(x)圖像上的點(diǎn),而且函數(shù)圖像是連接A,B兩點(diǎn)的連續(xù)不斷的線,畫出3種y=f(x)的可能的圖像.判斷f(x)是否一定存在零點(diǎn),總結(jié)出一般規(guī)律.
可以看出,滿足要求的函數(shù)f(x)在區(qū)間(a,b)中一定存在零點(diǎn).
零點(diǎn)存在定理:如果函數(shù)y=f(x)在區(qū)間[a,b]上的
圖像是連續(xù)不斷的,并且f(a)f(b)<0(即在區(qū)間兩個(gè)端點(diǎn)處的函數(shù)值異號(hào)),則函數(shù)y=f(x)在區(qū)間(a,b)中至少有一個(gè)零點(diǎn),即?x0∈(a,b),f(x0)=0.
問(wèn)題5 例1中的函數(shù)在區(qū)間(-2,0)中存在零點(diǎn)x0,但是不難看出,求出x0的精確值并不容易,那么,能不能想辦法得到這個(gè)零點(diǎn)的近似值呢?比如,能否求出一個(gè)x1,使得|x1-x0|<???
【嘗試與發(fā)現(xiàn)】如果在區(qū)間(-2,0)中任取一個(gè)數(shù)作為x0的近似值,那么誤差小于多少?如果取區(qū)間(-2,0)的中點(diǎn)作為x0的近似值,那么誤差小于多少?怎樣才能不斷縮小誤差?
如果在區(qū)間(-2,0)中任取一個(gè)數(shù)作為x0的近似值,誤差小于2;如果取區(qū)間(-2,0)的中點(diǎn)作為x0的近似值,誤差小于1.
【嘗試與發(fā)現(xiàn)】怎樣才能不斷縮小誤差?
一般地,求x0的近似值,可以通過(guò)計(jì)算區(qū)間中點(diǎn)函數(shù)值,從而不斷縮小零點(diǎn)所在的區(qū)間來(lái)實(shí)現(xiàn),具體計(jì)算過(guò)程可用如下表格表示.
當(dāng)然,按照類似的方式繼續(xù)算下去,可以得到精確度更高的近似值.
上述這種求函數(shù)零點(diǎn)近似值的方法稱為二分法.
在函數(shù)零點(diǎn)存在定理的條件滿足時(shí)(即f(x)在區(qū)間[a,b]上的圖像是連續(xù)不斷的,且f(a)f(b)<0),給定近似的精度ε,用二分法求零點(diǎn)x0的近似值x1,使得|x1-x0|<ε的一般步驟如下:
這些步驟可用如圖所示的框圖表示
所以f(-2)f(0)<0,因此?x0∈(-2,0),f(x0)=0,即結(jié)論成立.
f(0)=2>0,f(-2)=-8+4+2=-2<0,
例1 求證:函數(shù)f(x)=x3-2x+2至少有一個(gè)零點(diǎn).
例2 已知函數(shù)f(x)=x2+ax+1有兩個(gè)零點(diǎn),在區(qū)間(-1,1)上是單調(diào)的,且在該區(qū)間中有且只有一個(gè)零點(diǎn),求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
因?yàn)楹瘮?shù)f(x)的圖像是開(kāi)口朝上的拋物線,因此滿足條件的函數(shù)圖像示意圖如下圖(1)(2)所示.
因此(2-a)(a+2)<0且|a|≥2,解得a<-2或a>2.
例3 用二分法求方程的近似解,求得f(x)=x3+2x-9的部分函數(shù)值數(shù)據(jù)如表所示:
由表格可得,函數(shù)f(x)=x3+2x-9的零點(diǎn)在(1.75,1.875)之間,
結(jié)合選項(xiàng)可知,方程x3+2x-9=0的近似解可取為1.8,故選C.
則當(dāng)精確度為0.1時(shí),方程x3+2x-9=0的近似解可取為( ?。?br/>A.1.6 B.1.7 C.1.8 D.1.9
例4 已知函數(shù) .
(1)證明方程f(x)=0在區(qū)間(0,2)內(nèi)有實(shí)數(shù)解;
(2)使用二分法,取區(qū)間的中點(diǎn)三次,指出方程f(x)=0(x∈[0,2])的實(shí)數(shù)解x0在哪個(gè)較小的區(qū)間內(nèi).
由函數(shù)零點(diǎn)存在定理可得方程f(x)=0在區(qū)間(0,2)內(nèi)有實(shí)數(shù)解.
問(wèn)題6 回顧本節(jié)課,你有什么收獲?
(1)函數(shù)的零點(diǎn)存在定理的內(nèi)容是什么?有哪些注意點(diǎn)?
(3)二分法求函數(shù)零點(diǎn)近似解的求解步驟?
作業(yè):教科書P120練習(xí)B 4~9,練習(xí)C1、3、4、5
用GeGebra中的rt命令,可以方便地求得多項(xiàng)式函數(shù)的圖像與x軸的交點(diǎn)坐標(biāo),從而得到對(duì)應(yīng)函數(shù)的零點(diǎn)信息.
例如,在“輸入”對(duì)話框中輸入“rt[x^2-x-6]”后按回車鍵,將得到函數(shù)f(x)=x2-x-6與x軸的兩個(gè)交點(diǎn)A,B的坐標(biāo);
輸入“rt[x^3-2x+2]”后按回車鍵,將得到函數(shù)f(x)=x3-2x+2與x軸的交點(diǎn)C的坐標(biāo);
顯示結(jié)果如圖所示,其中的“未定義”表示沒(méi)有交點(diǎn).
輸入“rt[x^3-2x+2,1,2]”后按回車鍵,將得到函數(shù)f(x)=x3-2x+2,x∈[1,2]與x軸的交點(diǎn)的信息.
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