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零点定理的证明题

2023-06-08 23:31:54

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根的存在性定理:如果f(x)在闭区间[a,b]上连续

f(a)f(b)0,则存在(a,b)使得f()0。

证明利用构造法的思想,将f(x)的零点范围逐步缩小。先将[a,b]二ababab],[,b],如果f()0。则定理获证。如果222

ababf()0,)异号,则f(a)和f(b)中必然有一个与f(记这个小区间22

ba为[a1,b1],它满足f(a1)f(b1)0且区间的长度b1-a1。又将[a1,b1]二等2等分为[a,分,考虑中点的函数值,要么为零,要么不为零。如果中点的函数值为零,则定理获证。如果中点的函数值不为零,那么必然可以选出一个小区间,使得f(x)在这个区间的端点值异号,记这个小区间为

[a2,b2],它满足[a,b][a1,b1][a2,b2],b2a2ba且f(b2)f(a2)0。采22

用这样的方法一直进行下去,或者到有限步时,某个区间的中点的函数值为零,这样定理的结论成立。或者所有区间的中点的函数值不为零,那么我们就会得到一个无穷的区间序列{[an,bn]},它满足:①

[a,b][a1,b1][a2,b2];②bnanba;③f(bn)f(an)0。2n

anlimbn[a,b],如果f()0,由单调有界定理,可以得到limnn

则定理获证。如果f()0,因为f(x)在点连续,因而由连续函数的局部保号性:存在一个0,使得f(x)在(,)[a,b]上与f()同号。根据所构造的区间的性质②,存在正整数N,当n>N时,[an,bn](,)[a,b]。根据区间的性质③,f(bn)f(an)0,矛盾。

综上所述,只有f()0,且[a,b]。定理获证。

注:上面采用的证明方法是非常有用的二分法,其思想可以广泛的应用于各个领域,而an,bn实际上是函数零点的近似值。

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