零点的存在性定理.ppt
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方程零点存在性的证明中一类辅助函数的构造!孙)蒙)!国防科技大学理学院)长沙)"’%%#,"摘)要)介绍利用罗尔定理证明方程零点存在性时辅助函数的构造方法关键词)罗尔定理!辅助函数!微分方程)中图分类号)&’#+W ’我们先来看6’7中’8,页至’H ’页的几个例子(’ 设*K /I "且满足*%/*’+/*+,/%/*--/’2%"证明(方程*%/*’"/*+"+/%/*-"-2%在#%"’$内至少有一个实根(+ 设!#"$在**"$+上连续"在#*"$$内可导"且!#*$2!#$$2%"证明(%42/I "&&/#*"$$"使得!:#&$24!#&$(, 设函数!#"$在*%"’+上二阶可微"且!#%$2!#’$"!:#’$2’"证明(存在&/#%"’$"使得!F #&$2+(我们可以发现它们的共同特点(求证某个方程的零点存在性(我们可以利用罗尔定理来证明(为此需要构造一个辅助函数"通过对它的分析"利用罗尔定理"证明所求的零点存在(直观的分析"我们把要证明的问题描述为(欲证&&/**"$+"使得!#&$2%"我们需要构造一个-阶可微函数6#"$"使得6#-$#"$2!#"$"6#*$26#$$"且6:#?’$2%26#-#’$#?-#’$2%"其中"?K/#*"$$#K 2’"%"-#’$"这样"依次运用罗尔定理"就可完成证明(至此"我们把构造辅助函数的问题转化成一个-阶微分方程的-边值问题.(简单起见"不妨取6#*$26#$$2%"且?K2*"根据微分方程定性理论"如果!#"$连续"则6#"$是存在且唯一的(因此"理论上"我们完全可以用隐式表示出原函数(如果!#"$是易于求原函数的初等函数"我们只需求出原函数族的通式"然后根据已知条件确定系数即可作出辅助函数"如第,例"我们可以这样构造(对于方程!F #&$#+1%"令6:#"$20#!F #"$#+$O ""于是得6#"$的通式(6#"$2!#"$#"+/N "/^再由!#%$2!#’$"!:#’$2’"为使6#%$26#’$"并且6:#’$2%"可以解出(N2’"^2%"从而得该问题罗尔定理解法的辅助函数为(6#"$2!#"$#"+/"))仿此"问题’和+的的辅助函数分别为(6#"$2*%"/*’+"+/%/*--/’"-/’")6#"$25#4"!#"$))构造出辅助函数后"我们就可以按部就班的做下去"完成证明(详见6’7参考文献*’+孙清华"孙昊(数学分析内容,方法和技巧(武汉(华中科技大学出版社"+%%,(H 067-38"9730 高等数学研究:F G 3"+%%0 :;<=>?:>9@&A A ?B ?C D ;E ?C D ;>@:!收稿日期(+%%")’+)+H !修改日期(+%%0(%’(’%。
•函数零点存在性定理:一般地,如果函数y=f(x)在区间[a,b]上的图象是连续不断的一条曲线,并且有f(a).f(b)<o,那么函数y=f(x)在区间(a,b)内有零点,即存在c∈(a,b),使得f(c)=O,这个c也就是f(x〕=0的根.特别提示:(1)依据该定理,能确定f(x)在(a,b)内有零点,但零点不肯定唯一.(2)并不是全部的零点都可以用该定理来确定,也可以说不满足该定理的条件,并不能说明函数在(a,b)上没有零点,例如,函数f(x) =x2 -3x +2有f(0)·f(3)>0,但函数f(x)在区间(0,3)上有两个零点.(3)假设f(x)在[a,b]上的图象是连续不断的,且是单调函数,f(a).f(b)<0,则fx〕在(a,b)上有唯一的零点.•函数零点个数的推断方法:(1)几何法:对于不能用求根公式的方程,可以将它与函数y =f(x)的图象联系起来,并利用函数的性质找出零点.特别提示:①“方程的根〞与“函数的零点〞尽管有紧密联系,但不能混为一谈,如方程x2-2x +1 =0在[0,2]上有两个等根,而函数f〔x〕=x2-2x +1在[0,2]上只有一个零点②函数的零点是实数而不是数轴上的点.(2)代数法:求方程f(x〕=0的实数根.例题1:假设函数f〔x〕唯一的一个零点同时在区间〔0,16〕、〔0,8〕、〔0,4〕、〔0,2〕内,以下结论:〔1〕函数f〔x〕在区间〔0,1〕内有零点;〔2〕函数f〔x〕在区间〔0,1〕或〔1,2〕内有零点;〔3〕函数f〔x〕在区间[2,16〕内无零点;〔4〕函数f〔x〕在区间〔0,16〕上单调递增或递减.其中正确的有______〔写出全部正确结论的序号〕.答案由题意可确定f〔x〕唯一的一个零点在区间〔0,2〕内,故在区间[2,16〕内无零点.〔3〕正确,〔1〕不能确定,〔2〕中零点可能为1,〔4〕中单调性也不能确定.故答案为:〔3〕例题2:已知函数有零点,则实数的取值范围是〔〕答案:例题3:例题4:函数f〔x〕=3ax-2a+1在[-1,1]上存在一个零点,则实数a的取值范围是〔〕A. a≥ 1/5;B. a ≤ -1 ;C. -1 ≤ a ≤ 1/5 ;D. a ≥ 1/5 或 a ≤ -1 答案:由题意可得f〔-1〕×f〔1〕≤0,解得∴〔5a-1〕〔a+1〕≥0∴a≥1/5 或a≤-1应选D.例题5:假设函数f(x)=x2+log2|x|-4的零点m∈(a,a+1),a∈Z,则全部满足条件的a的和为〔〕。