高中数学人教B版 (2019)必修 第一册2.1.2 一元二次方程的解集及其根与系数的关系课堂教学课件ppt
展开1.掌握函数零点存在定理,并会判断函数零点的个数.
2.了解二分法是求方程近似解的常用方法,掌握用二分法求函数零点近似解的步骤.
3.理解函数与方程之间的联系,并能用函数与方程思想分析问题、解决问题.
路边有一条河,小明从A点走到了B点,观察下列两组画面,并推断哪一组能说明小明的行程一定曾渡过河?
(1) (2)
你能把这个实际问题抽象成数学模型吗?
问题1 探究函数f(x)=2x-1的零点所在区间及零点所在区间的端点对应函数值的正负情况,并说明函数图像在零点附近有什么变化规律?函数f(x)=x2+4x-5呢?
函数f(x)=x2+4x-5的零点为-5,1,-5∈(-6,-4),1∈(0,2),且有f(-6)·f(-4)<0,f(0)f(2)<0,且以上函数在零点附近的图像都是连续的.
函数零点存在定理如果函数y=f(x)在区间[a,b]上的图像是 的,并且__________(即在区间两个端点处的函数值异号),则函数y=f(x)在区间(a,b)中至少有一个零点,即∃x0∈(a,b), .
(1)定理要求函数在闭区间[a,b]上连续,且f(a)·f(b)<0;(2)闭区间[a,b]上的连续函数y=f(x),f(a)·f(b)<0是函数有零点的充分不必要条件;(3)该定理是用来判断函数的变号零点,比如y=x2,有零点为0,但是该零点的两侧函数值的符号相同,称为不变号零点.
函数f(x)=x3+x-5的零点所在区间为A.(0,1) B.(1,2)C.(2,3) D.(3,4)
由函数f(x)=x3+x-5,可得f(1)=1+1-5=-3<0,f(2)=8+2-5=5>0,故有f(1)f(2)<0,根据函数零点存在定理可得,函数f(x)的零点所在区间为(1,2).
判断函数零点所在区间的方法判断一个函数是否有零点,首先看函数f(x)在区间[a,b]上的图像是否连续,若连续,看是否存在f(a)f(b)<0,若存在,则函数y=f(x)在区间(a,b)内必有零点.注意:对于连续函数f(x),若存在f(a)f(b)<0,则f(x)在区间(a,b)内有零点,反之,不一定成立.
(多选)若a∵f(x)=(x-a)(x-b)+(x-b)(x-c)+(x-c)(x-a),∴f(a)=(a-b)(a-c),f(b)=(b-c)(b-a),f(c)=(c-a)(c-b),∵a0,f(b)<0,f(c)>0,∴f(x)的两个零点分别位于区间(a,b)和(b,c)内.
问题2 有16个大小、颜色相同的金币,其中有15个金币是真的,有一个质量稍轻的是假的.用天平称几次一定可以找出这个稍轻的假币?
提示 4次.第一次,两端各放8个金币,高的那一端一定有假币;第二次,两端各放4个金币,高的那一端一定有假币;第三次,两端各放2个金币,高的那一端一定有假币;第四次,两端各放1个金币,高的那一端一定是假币.
二分法求函数零点近似值的步骤在函数零点存在定理的条件满足时(即f(x)在区间[a,b]上的图像是_____ ,且 ,给定近似的精度ε,用二分法求零点x0的近似值x1,使得|x1-x0|<ε的一般步骤如下:第一步: 是否成立,如果成立,取x1= ,计算结束;如果不成立,转到第二步.
f(a)·f(b)<0)
(1)二分法的求解原理是函数零点存在定理;(2)用二分法只能求变号零点,即零点左右两侧的函数值的符号相反,比如y=x2,该函数有零点为0,但不能用二分法求解.
(1)下列函数图像与x轴均有交点,其中不能用二分法求函数零点的是
按定义,f(x)的图像在区间[a,b]上是连续不断的,且f(a)·f(b)<0,才能不断地把函数零点所在的区间一分为二,进而利用二分法求出函数的零点.故结合各图像可得B,C,D满足条件,而A不满足,在A中,函数图像经过零点时,函数值不变号,因此不能用二分法求解.
(2)(多选)下列函数中,能用二分法求零点的是A.f(x)=2x+3 B.f(x)=x2+2x-6C.f(x)=x2-2x+1 D.f(x)=2x-1
因为f(x)=x2-2x+1=(x-1)2≥0,即含有零点的区间[a,b]不满足f(a)·f(b)<0,故C不能用二分法求零点,其余的都可以.
运用二分法求函数的零点应具备的条件(1)函数图像在零点附近连续不断.(2)在该零点左右函数值异号.
(1)已知函数f(x)的图像如图所示,其中零点的个数及可以用二分法求近似解的零点的个数分别为A.4,4 B.3,4C.5,4 D.4,3
由图像知函数f(x)与x轴有4个交点,因此零点个数为4,从左往右数第4个交点两侧不满足函数值异号,因此不能用二分法求零点近似解,而其余3个均可使用二分法求零点近似解.
(2)下列对于函数y=f(x),x∈[a,b]的命题中,正确的是A.若x0∈[a,b]且满足f(x0)=0,则x0是f(x)的一个零点B.若x0是f(x)在[a,b]上的零点,则可用二分法求x0的近似值C.函数f(x)的零点是方程f(x)=0的根,但f(x)=0的根不一定是函数f(x)的 零点D.用二分法求方程的根时,得到的都是近似解
A中若x0∈[a,b]且满足f(x0)=0,则x0是f(x)的一个零点,故A正确;B中若f(x)=x2,则无法使用二分法求x0的近似值,故B错误;C中函数f(x)的零点是方程f(x)=0的根,f(x)=0的根一定是函数f(x)的零点,故C错误;D中用二分法求方程的根时,得到的根可以是准确值,故D错误.
用二分法求函数零点的近似值
用二分法求方程2x3+3x-3=0的一个正实数近似解.(精确度0.1)
令f(x)=2x3+3x-3,经计算,f(0)=-3<0,f(1)=2>0,f(0)·f(1)<0,所以函数f(x)在(0,1)内存在零点,即方程2x3+3x-3=0在(0,1)内有解.取(0,1)的中点0.5,经计算f(0.5)<0,又f(1)>0,所以方程2x3+3x-3=0在(0.5,1)内有解.
如此继续下去,得到方程的正实数根所在的区间,如表:
由于|0.625-0.75|=0.125<0.1×2,所以0.687 5可作为方程的一个正实数近似解.
延伸探究 若本例中的“精确度0.1”换为“精确度0.05”,结论又如何?
在本例的基础上,取区间(0.625,0.75)的中点x=0.687 5,因为f(0.687 5)<0,f(0.75)>0且|0.687 5-0.75|=0.062 5<0.05×2,所以x=0.718 75可作为方程的一个近似解.
用二分法求函数零点的近似值应遵循的原则(1)需依据图像估计零点所在的初始区间[m,n](一般采用估计值的方法完成).(2)取区间端点的中点c,计算f(c),确定有解区间是(m,c)还是(c,n),逐步缩小区间的“长度”,直到区间的两个端点符合精确度要求,终止计算,得到函数零点的近似值.
用二分法求方程f(x)=0在[0,1]内的近似解时,经计算,f(0.625)<0,f(0.75)>0,f(0.687 5)<0,则可得出方程的一个近似解为________(精确度为0.1).
因为|0.75-0.625|=0.125<0.1×2,所以x=0.687 5可作为方程的一个近似解.
1.知识清单: (1)函数零点存在定理. (2)二分法的概念. (3)用二分法求函数零点的近似值.2.常见误区:f(a)f(b)<0是连续函数存在零点的充分不必要条件,求近似值时 精确度理解不准确.
1.用二分法求函数f(x)=x3+5的零点可以取的初始区间是A.[-2,-1] B.[-1,0]C.[0,1] D.[1,2]
由于f(-2)=-3<0,f(-1)=4>0,故可以取区间[-2,-1]作为计算的初始区间,用二分法逐次计算.
2.(多选)已知定义在R上的函数f(x)的图像是连续的,且其中的四组对应值如下表,那么在下列区间中,函数f(x)一定存在零点的是
A.(1,2) B.[1,3]C.[2,5) D.(3,5)
由图表可知,f(1)=3,f(2)=-1,f(3)=2,f(5)=0.
由f(1)·f(2)<0,可知函数f(x)在(1,2)上一定有零点;则函数f(x)在[1,3]上一定有零点;由f(2)·f(3)<0,可知函数f(x)在(2,3)上一定有零点;则函数f(x)在[2,5)上一定有零点;由f(3)>0,f(5)=0,可知f(x)在(3,5)上不一定有零点.
3.设用二分法求方程f(x)=0在x∈(1,2)内的近似解的过程中得f(1)<0,f(1.5)>0,f(1.25)<0,则方程的根落在区间A.(1,1.25) B.(1.25,1.5)C.(1.5,2) D.不能确定
∵f(1.5)f(1.25)<0,∴方程的根落在区间(1.25,1.5)上.
4.函数f(x)=x2+ax+b有零点,但不能用二分法求出,则a,b的关系是________.
∵函数f(x)=x2+ax+b有零点,但不能用二分法,∴函数f(x)=x2+ax+b的图像与x轴相切.∴Δ=a2-4b=0.∴a2=4b.
5.从甲地到乙地的海底电缆有15个接点,现发现某处接点发生故障,需及时修理,为了尽快找出故障的发生点,一般最多需要检查接点的个数是______.
先检查中间的1个接点,若正常,则可断定故障在其另一侧的7个接点中;然后检查这一段中间的1个接点,若仍正常,则可断定故障在其另一侧的3个接点中;最后只需检查这3个接点中间的1个,即可找出故障所在.故一般最多只需检查3个接点.
1.(多选)用二分法求如图所示函数f(x)的零点时,能求出的零点是
A.x1 B.x2 C.x3 D.x4
由图知x1,x2,x4是变号零点,可用二分法求出,x3不是变号零点,不能用二分法求出.
2.已知连续函数f(x)的部分对应值如下表:
则函数f(x)在区间[1,9]上的零点至少有A.2个 B.3个C.4个 D.5个
∵f(2)=8>0,f(3)=-2<0,f(4)=2>0,
f(6)=3>0,f(7)=-2<0,f(8)=-1<0,f(9)=8>0,∴f(2)·f(3)<0,f(3)·f(4)<0,f(6)·f(7)<0,f(8)·f(9)<0,∴在(2,3),(3,4),(6,7),(8,9)上都至少各有一个零点,∴至少有4个零点.
3.(多选)在用二分法求函数f(x)零点的近似值时,第一次所取的区间是[-2,4],则第三次所取的区间可能是
4.用二分法求方程的近似解,求得f(x)=x3+2x-9的部分函数值数据如表所示:
则当精确度为0.1时,方程x3+2x-9=0的近似解可取A.1.6 B.1.7 C.1.8 D.1.9
由表格可得,函数f(x)=x3+2x-9的零点在(1.75,1.812 5)之间,结合选项可知,方程x3+2x-9=0的近似解可取为(精确度为0.1)1.8.
5.用二分法求函数f(x)=x3+x2-2x-2的一个正零点的近似值(精确度0.1)时,依次计算得到如下数据:f(1)=-2,f(1.5)=0.625,f(1.25)≈-0.984,f(1.375)≈-0.260,关于下一步的说法正确的是A.已经达到精确度的要求,可以取1.437 5作为近似值B.已经达到精确度的要求,可以取1.375作为近似值C.没有达到精确度的要求,应该接着计算f(1.437 5)D.没有达到精确度的要求,应该接着计算f(1.312 5)
由二分法知,方程x3+x2-2x-2=0的根在区间(1.375,1.5)内,|1.375-1.5|=0.125<0.1×2,达到精确度的要求,可以取1.437 5作为近似值.
6.用二分法研究函数f(x)=x3+3x-1的零点时,第一次经计算得f(0)<0,f(0.5)>0,可得其中一个零点x0∈________,第二次应计算________.
∵f(0)<0,f(0.5)>0,∴f(0)·f(0.5)<0,故f(x)的一个零点x0∈(0,0.5),利用二分法,
7.若函数f(x)的图像是连续不断的,且f(0)>0,f(1)f(2)f(4)<0,则下列命题正确的是______.①函数f(x)在区间(0,1)内有零点;②函数f(x)在区间(1,2)内有零点;③函数f(x)在区间(0,2)内有零点;④函数f(x)在区间(0,4)内有零点.
∵f(1)f(2)f(4)<0,∴f(1),f(2),f(4)恰有一负两正或三个都是负的.又∵f(0)>0,∴函数的图像与x轴相交有多种可能,如图所示:
∴函数f(x)必在区间(0,4)内有零点.故选④.
8.设f(x)=x2-3x+a,若函数f(x)在区间(1,3)内有零点,则实数a的取值范围为________.
根据二次函数的性质可知f(1)
令f(x)=x2-5,因为f(2.2)=-0.16<0,f(2.4)=0.76>0,所以f(2.2)·f(2.4)<0,说明这个函数在区间(2.2,2.4)内有零点x0.取区间(2.2,2.4)的中点x1=2.3,f(2.3)=0.29,因为f(2.2)·f(2.3)<0,所以x0∈(2.2,2.3).再取区间(2.2,2.3)的中点x2=2.25,f(2.25)=0.062 5,
因为f(2.2)·f(2.25)<0,所以x0∈(2.2,2.25).由于|2.25-2.2|=0.05<2×0.05,
10.已知函数f(x)=2x3-x2-3x+1.(1)求证:f(x)在区间(1,2)上存在零点;
因为f(x)=2x3-x2-3x+1,所以f(1)=-1<0,f(2)=7>0,所以f(1)·f(2)=-7<0.且f(x)=2x3-x2-3x+1在(1,2)内连续,所以f(x)在区间(1,2)上存在零点.
(2)若f(x)的一个正数零点附近的函数近似值如表格所示,请用二分法计算f(x)=0的一个近似解(精确到0.1).
由(1)知,f(x)=2x3-x2-3x+1在(1,2)内存在零点,由表知f(1)=-1,f(1.5)=1,所以f(1)·f(1.5)<0,所以f(x)的零点在(1,1.5)上,因为f(1.25)=-0.406 25,所以f(1.25)·f(1.5)<0,所以f(x)的零点在(1.25,1.5)上,因为f(1.375)≈0.183 59,
所以f(1.25)·f(1.375)<0,所以f(x)的零点在(1.25,1.375)上,由于|1.375-1.25|=0.125<0.1×2,
11.已知函数f(x),g(x)的图像在[-1,3]上都是连续不断的.根据下表,能够判断f(x)=g(x)有实数解的区间是
A.(-1,0) B.(0,1)C.(1,2) D.(2,3)
令F(x)=f(x)-g(x),因为F(-1)=f(-1)-g(-1)=-0.677-(-0.530)=-0.147<0,F(0)=f(0)-g(0)=3.011-3.451=-0.44<0,F(1)=f(1)-g(1)=5.432-4.890=0.542>0,F(2)=f(2)-g(2)=5.980-5.241=0.739>0,F(3)=f(3)-g(3)=7.651-6.892=0.759>0,于是有F(0)·F(1)<0.所以F(x)在(0,1)内有零点,即f(x)=g(x)在(0,1)内有实数解.
12.用二分法求方程x3-x2-1=0的一个近似解,现在已经将一个实数根锁定在区间(1,2)内,则下一步可断定该实数根所在的区间为________.
13.已知图像连续不断的函数y=f(x)在区间(0,0.1)上有唯一零点,如果用二分法求这个零点(精确度为0.005)的近似值,则应将区间(0,0.1)等分的次数至少为________.
得2n>10,∴n的最小值为4.
14.设方程2x+x3=10的唯一正实根为β,β所在区间为(n,n+1),n∈N+,则n=______.
设f(x)=2x+x3-10,又f(0)=-10,f(1)=-7,f(2)=2,∴f(1)·f(2)<0,∴β∈(1,2),n=1.
15.在26枚崭新的金币中,有一枚外表与真金币完全相同的假币(质量小一点),现在只有一台天平,则应用二分法的思想,最多称____次就可以发现这枚假币.
将26枚金币平均分成两份,分别放在天平两端,则假币一定在质量小的那13枚金币里面;从这13枚金币中拿出1枚,然后将剩下的12枚金币平均分成两份,分别放在天平两端,若天平平衡,则假币一定是拿出的那一枚,若不平衡,则假币一定在质量小的那6枚金币里面;将这6枚金币平均分成两份,分别放在天平两端,则假币一定在质量小的那3枚金币里面;从这3枚金币中任拿出2枚,分别放在天平两端,若天平平衡,则剩下的那一枚即是假币,若不平衡,则质量小的那一枚即是假币.综上可知,最多称4次就可以发现这枚假币.
16.学校请了30名木工制作200把椅子和100张课桌.已知制作一张课桌和一把椅子的工时之比为10∶7,问:30名木工如何分组(一组制作课桌,一组制作椅子)才能使任务完成最快?
设x(1≤x≤29,x∈N+)名木工制作课桌,(30-x)名木工制作椅子.一名木工在一个单位时间里可制作7张课桌或10把椅子,
则应求y=max{P(x),Q(x)}的最小值,
该函数图像是图中实线上的29个点,记x0为y取最小值时x的值,假设P(x)=Q(x),下面用二分法的思想求x0.
所以x0∈(1,29);
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