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如何用二分法确定函数的零点

如何用二分法确定函数的零点
函数y=f(x)的零点就是方程f (x)=0的实数根,亦即函数y=f(x)的图像与x 轴交点的横坐标.因此求函数的零点有两种基本方法,一是求方程f(x)=0的实数根;二是方程的根不易求解时,将它与函数y=f (x)的图像联系起来,根据函数零点的性质并结合函数的性质找出零点,即数形结合的思想方法,此时,要构造合理的函数,利用函数的图像的交点来判断.函数的性质是问题获解的关键,奇偶性保证函数的对称性,换句话说,函数的零点(除原点)是成对出现的.二分法不适合不变号零点的情况.
例1.已知函数f(x)=x 3-x-1仅有一个正零点,则此零点所在的区间是( ) A.(3,4) B.(2,3) C.(1,2) D. (0,1)
解析 利用零点存在的判定条件,判断零点存在的区间.由于f(0)=-1<0,f(1)=-1<0,f(2)=5>0,f(3)=23>0, f(4)=59>0.根据选择之只有区间(1,2)满足.
答案C.
例2.函数f(x)=lnx-x
2
零点所在的大致区间是( ) A.(1,2) B.(2,3) C.(1,e
1
)和(3,4) D.(e,+∞)
解析:用验证法.从已知的区间(a,b)求f(a)、f(b),判断是否有f(a).f(b)<0. ∵f(1)=-2<0,f(2)=ln2-1<0,∴在(1,2)内f(x)无零点,故排除A. ∵f(3)=ln3-32>1-
3
2
>0∴f(2).f(3)<0,∴f(x)在(2,3)内至少有一个零点.故选B. 答案:B
点评: 确定零点所在区间,只要判断区间[a,b]的端点值的乘积是否有f(a)f(b)<0,并且看函数y=f(x)在[a,b]上是否是连续曲线.这里说“若f(a).f(b) <0,则在区间(a ,b)内,方程f(x)=0至少有一个实数解”,指出了方程f(x)=0实数解的存在,并不能判断具体有多少个实数解.
例3.用二分法求函数32()33f x x x x =+--的正零点(精确到0.01). 解:32()33f x x x x =+--22(1)3(1)(1)(3)x x x x x =+-+=+-
(1)(0x x x =+=,
∴函数的零点为1
-,
x =,23x =,令2()3f x x =-2()3f x x =-的零点, ∵(1)20f =-<,(2)10f =>,∴可取初始区间[1
2],用二分法逐次计算. 由00
12n b a ε+->
,知121
21000.01
n +->
=,经验证,n 取最小值为6时,即经过6次取中
点就能取得符合精确度要求的近似零点,列表如下:
∵区间[1.718751.734375],的长度小于20.010.02⨯=.
于是函数()f x 的正零点为7 1.7265625x =.
点评: 二分法求零点的基本方法是:第一步取初始区间[]a b ,,使()()0f a f b <,且所给区间恰好能找到函数的一个零点;第二步是取区间[]a b ,的中点1x ,求1()f x 的值,并作出判断,若1()0f x =,1x 就是所求零点,计算结束;若1()0f x ≠,判定零点是在区间1[]a x ,还是在1[]x b ,上,即判断1()()0f a f x <,1()()0f x f b <哪一个成立,从而进入下一步计算;第三步对已确定的区间,重复第二步,直到达到规定的误差要求,计算结束.。

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