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二分法可以求任意函數的零點嗎

生活 更新时间:2024-07-24 04:17:45

同學們好,我是李狀元數學課的李老師,講人人都聽得懂的高中數學課。

上節課我們講了求函數零點的幾種方法,這節課我們來看一下二分法。

不過在此之前,我們先來看零點存在性定理。這個定理可以說是二分法的依據。

它是這樣說的:

如果函數y=f(x)在區間[a,b]上的圖象是連續不斷的一條曲線,并且有f(a)·f(b)<0,那麼函數y=f(x)在區間(a,b)内有零點,即存在c∈(a,b),使f(c)=0,這個c也就是方程f(x)=0的根.

這裡面有幾個要點,首先圖象要連續不斷,然後區間兩端的函數值異号。其實結合圖像我們很容易直觀地理解:區間兩端的函數值異号,也就是函數圖像的兩端的點一個在x軸上方,一個在x軸下方。那麼如果圖像連續不斷,就意味着圖像必然要穿過x軸,至少要穿過一次,所以函數在這個區間裡就有至少一個零點。

二分法可以求任意函數的零點嗎(函數零點問題裡的二分法)1

理解了零點存在性定理,我們就可以用它來判斷零點位于的區間,方法就是二分法。

用二分法求方程f(x)=0近似解的一般步驟:

第一步:确定一個區間[a0,b0],使得f(a0)·f(b0)<0.

第二步:取區間(a0,b0)的中點x0=½(a0+b0).

第三步:計算f(x0)的值,得到下列相關結論.

(1)若f(x0)=0,則x0就是方程f(x)=0的一個根,計算終止;

(2)若f(a0)·f(x0)<0,則方程f(x)=0的一個根位于區間(a0,x0)中,令a1=a0,b1=x0;

(3)若f(x0)·f(b0)<0,則方程f(x)=0的一個根位于區間(x0,b0)中,令a1=x0,b1=b0.

第四步:取區間(a1,b1)的中點x1=½(a1+b1),重複第二、第三步,……直到第n次,方程f(x)=0的一個根總在區間(an,bn)中.

第五步:當|an-bn|<ε,(ε是規定的精确度)時,區間(an,bn)内的任何一個值就是方程f(x)=0的一個近似根.

不過要注意,二分法隻适用于求函數f(x)的變号零點.如果像二次函數的圖像和x軸相切,隻有一個零點并且零點兩側不變号的情況,用二分法就求不到了。

關于二分法的原理和用法,大家明白了嗎?下課!

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