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教案
课题:零点存在定理 授课人:
一、内容及内容解析:
本章位于全书的第3章,零点主要是解决方程求解的问题,应用函数思想的方法,把方程与函数相结合,它在较难方程的求根方面有巨大的贡献,而零点存在定理能确定零点的存在范围,从而近似的确定零点的值,也即方程的近似根.各个内容之间的联系:
方程的根零点零点存在定理
二分法 二、三维目标:
知识与技能:会使用零点存在定理解决问题,准确确定根的范围,并且使用二分法找到相应方程的近似解.过程与方法:通过分析零点附近的值的关系,得到f(a)f(b)0的特点,并且通过辨析引出定理,得到定理后,还要针对定理中的每一项进行辨析,得知定理中的每一项必不可少.通过定理我们知道了零点存在的区间,为了得到零点的值我们又引入了二分法,从而能近似的求解出零点.情感态度价值观:让学生了解到每一点数学知识都是环环相扣的,并初步体会到函数思想的巧妙转化,感受到方程与函数的联系,并且得出另一种解方程的方法,让学生体会到数学教学的巧妙之处和知识与知识的紧密联系.三、教学难点与重点:
[难点] 二分法的使用及对定理的理解.[重点] 定理的使用及求解方程的近似根.四、设计教学
上节课我们学习了零点的定义,所以我们知道了如果画出了函数图像,我们就能知道函数是不是有零点,那么如果有些方程的相应函数我们不会画图像怎么办?我们还能知道函数有没有零点吗?通过今天的学习,我们就可以不画图像直接知道函数是否有零点.1、引入定理
通过之前的例题,我们知道函数的零点可能有若干个,为了使问题简化,我们首先考虑函数只有一个零点的情况.请大家思考:若函数y=f(x)是连续不断的函数,且有一个零点,则函数零点两端的函数值有何特征?
因为函数只有一个零点,所以函数图象与x轴只有一个交点。那函数图象与x轴会有哪些位置关系呢?不难想到(无非是两种情况):一种为函数图象不穿
过x轴;另一种是函数图象穿过x轴。
(1)大家先看第一种情况,函数零点附近函数值有何特征呢?(同学回答)
这种情况下,零点附近函数值同号。那我在零点两端各选一个代表a,b,则它们对应的函数值f(a)、f(b)的乘积大于0;
(2)我们再看另一种情况,此时零点附近函数值有何特征呢?
(图像在PPT上显示动画过程,让学生观察出图像穿过x轴的过程,然后知道零点附近的值相反.)
无论怎么穿过,都有零点左右函数值异号,同样,我在零点两端各选一个代表a,b,则它们对应的函数值f(a)、f(b)的乘积就小于0.【分析】
(1)如果函数的图象是连续不断的一条曲线,满足f(a)f(b)>0,那么函数在区间(a,b)内一定有零点吗?
①(不一定)那好,你能给大家举一个反例吗?
②(一定)好,你先请坐。其他同学有不同意见么? 如果函数有零点,说明函数图象一定与x轴有交点。条件告诉我们f(a)f(b)>0,那我不妨设f(a)、f(b)同时为正,大家请看,通过这两个点的函数图象一定能与x轴有交点么?
显然是不一定的,比如我举的这个反例。
这就说明满足这样条件的函数,不能确定 函数一定有零点。
(2)如果函数的图象是连续不断的一条曲线,满足f(a)f(b)
①(一定)好,那其他同学呢?都同意他的观点吗? ②(不一定)你能为大家说明一下你的理由么?
由于函数的图象是连续不断的,并且端点函数值异号,所以无论怎么画,函数图象一定会与x轴有交点,从而说明函数怎么样?——一定有零点!
这样,我们就得到了判断函数是否有零点的方法,即函数零点存在性定理:
2、零点存在定理
若函数y=f(x)的图象在区间[a,b]上是连续不断的一条曲线,且有f(a)f(b)
现在我有一个问题:若函数满足在[a,b]上有f(a)f(b)
如果可以请说明理由,不能的话请同学们举个反例.在这个反例中,f(a)0,f(0)=0.5
我们来看,这个定理是我们通过结合函数图象探究而得的,而至于它的严格证明,需要到大学阶段再去研究。
这样,我们通过引入函数的零点,将方程与函数建立起了联系,并且为我们提供了一种新的解决方程问题的途径。此前我们学习过的一元一次方程以及一元二次方程都有公式解,但是对于高次方程、超越方程等其他形式的方程而言,通常没有求根公式。而通过函数零点存在性定理,就可以去研究这样一般形式方程根的问题了。
【例】求函数f(x)lnx2x6的零点个数.【解析】因为f(2)0,f(3)0,所以在(2,3)之间有零点,又因为函数f(x)在(0,)上是单调递增的,所以这个函数只有一个零点.根据零点存在定理,我们知道函数是否有零点,但是如果我们想知道零点的值怎么办呢?接下来,我们要学习一个新的求根方法-----二分法.3、二分法(求根的近似值)
我们就以上面的例子来研究,即如何求f(x)lnx2x6的零点呢? 一个最直观的想法就是:如果我们把零点存在的范围(2,3)尽量缩小,那么在一定的精确范围内,我们就可以得到零点的近似值.那我们如何缩小范围呢?显然最简单、最可行的方法就是“取中点”.接下来,我们解答上面的例子来看看二分法是如何运用的.【解析】应用零点存在定理,我们知道了f(x)lnx2x6在(2,3)之间有一个零点.接下来我们要用“取中点”的方法缩小零点存在的范围.取(2,3)的中点2.5,用计算器计算f(2.5)0.0840,而f(3)0,那么f(2.5)f(3)0,所以在(2.5,3)之间有零点,即缩小了零点所在的范围.再取区间(2.5,3)的中点2.75,用计算器计算f(2.75)0.5120,而f(2.5)0,即:f(2.5)f(2.75)0,所以在(2.5,2.75)之间有零点.我们可以看出零点存在的范围越来越小了,如果一直取下去,零点存在的范围会越来越小,这样,在一定的精确度下,我们就可以在有限次重复步骤之后,将所得的零点存在的区间内任意一点作为函数零点的近似值.我们把上面例题缩小区间的过程画在表格中:
如果当精确度为0.01时,由于|2.5390625-2.53125|=0.0078125
1、确定区间[a,b],验证f(a)f(b)0,给定精确度;
2、求区间(a,b)的中点x1;
3、计算f(x1)的值;
(1)若f(x1)0,则x1就是函数的零点;
(2)若f(a)f(x1)0,则令bx1,此时零点x0(a,x1);
(3)若f(x1)f(b)0,则令ax1,此时零点x0(x1,b).4、判断是否达到精确度:即若|ab|,则零点的近似值是a(或b);否
则重复2-4步.【课堂练习】
1、借助计算器,用二分法求方程x3lgx在区间(2,3)的近似解(精确到.0.01)
2、借助计算器,用二分法求函数f(x)lnx到0.1)
【作业】
2在区间(2,3)内的零点.(精确xP108,1、3、4、6和P109,3、4.
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