3.1函数与方程 讲义-2022-2023学年高一上学期数学人教A版必修1(含解析)

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名称 3.1函数与方程 讲义-2022-2023学年高一上学期数学人教A版必修1(含解析)
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资源类型 教案
版本资源 人教新课标A版
科目 数学
更新时间 2023-02-04 19:25:04

文档简介

高中数学 人教A版高一上学期 必修一 函数与方程
【问题查找】
问题一:函数零点的定义与等价关系
f(x)=的零点个数为 ( C )
A.0 B.1 C.2 D.3
解:当时,令计算得出;
当时,令计算得出,所以已知函数有两个零点,
所以C选项是正确的.
解析:
分段解方程,直接求出该函数的所有零点.由所得的个数选出正确选项.
问题二:使用二分法求函数零点所在区间
设f(x)=3x+3x-8,用二分法求方程3x+3x-8=0在x∈(1,2)内近似解的过程中得f(1)<0,f(1.5)>0,f(1.25)<0,则方程的根所在的区间是 ( B )
A.(1,1.25) B.(1.25,1.5) C.(1.5,2) D.不能确定
解析:
本题主要考查利用二分法求方程的近似解。
根据零点存在性定理,,,可知方程的根落在区间。
故本题正确答案为B。
问题三:能够通过函数图像求函数零点个数以及参数值
若函数f(x)=ax-x-a(a>0,且a≠1)有两个零点,则实数a的取值范围是___a>1_____.
解析:
本题主要考查函数的零点。
函数有两个零点,即函数和的有两 个交点,当时,只有一个交点;当时,因为过点,过点,所以只要点在点上方,即就可以满足函数有两个零点。
【要点精讲】
【精准突破1】
学习目标:能掌握函数零点的定义与等价关系
目标分解:
理解函数零点的定义
理解函数零点与方程根之间的关系;
掌握函数零点与函数图像交点关系;
教学过程
目标(1):理解函数零点的定义
【教师】还记得函数零点的定义吗?我们以前学过的二次函数以及初等函数哪些有零点?那我们现在来总结一下什么是函数零点。
【知识点】
1.函数零点的定义
(1)对于函数y=f(x) (x∈D),把使____成立的实数x叫做函数y=f(x) (x∈D)的零点.
(2)方程f(x)=0有实根 函数y=f(x)的图象与__轴__有交点 函数y=f(x)有___零点__.
注意:零点的含义:零点不是点!是图像与x轴交点的横坐标,是数字!
目标(2):理解函数零点与方程根之间的关系
【教师】还记得我们学过的二次函数图像中零点与二次方程的关系吗?尝试把图像画出来并口述它们的关系。
【知识点】
1.函数零点的判定
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_______,那么函数y=f(x)在区间________内有零点,即存在c∈(a,b),使得________,这个____也就是f(x)=0的根.我们把这一结论称为零点存在性定理.
2.二次函数y=ax2+bx+c (a>0)的图象与零点的关系
Δ>0 Δ=0 Δ<0
二次函数y=ax2+bx+c (a>0)的图象
与x轴的交点 ________, ________ ________ 无交点
零点个数 ____2____ ____1____ ____0____
目标(3):掌握函数零点与函数图像交点关系
【教师】但是对于一些非初等函数,我们没有办法画出函数图像,比如,又该如何解决呢?
【学生】可以将求函数零点问题转化为求方程根的问题,进而转化为求两个函数交点的问题
【教师】没错!我们可以将函数的零点转化为求的根,只需画出以及的图像数出它们交点的个数即可。
【知识点】零点的个数,可以转化为两个图像的交点个数(重点理解)
【例1】求函数的零点个数。
可得 ,由图可知只有1个交点,因此函数只有1个零点
【精准突破2】
学习目标:能够使用二分法求函数零点所在区间
目标分解:
理解二分法的概念
掌握用二分法求函数零点的方法
教学过程
目标(4)理解二分法的概念
【教师】我们在上学期学过二分法的概念,还记得么?二分法强调使用的前提条件是?
【学生】使用二分法,要求零点所在区间函数连续不断,且函数单调。
【知识点】对于区间[a,b]上连续不断且f(a)·f(b)<0的函数y=f(x),通过不断地把函数f(x)的零点所在的区间一分为二,使区间的两个端点逐步逼近零点,进而得到零点近似值的方法叫二分法。
目标(5)掌握用二分法求函数零点的方法
【教师】二分法求函数零点的一般步骤能够自己复述一遍吗
【知识点】
1.用二分法求函数f(x)零点近似值的步骤
第一步,确定区间[a,b],验证_______________,给定精确度ε;
第二步,求区间(a,b)的中点c;
第三步,计算______:
①若________,则c就是函数的零点;
②若________,则令b=c[此时零点x0∈(a,c)];
③若________,则令a=c[此时零点x0∈(c,b)];
第四步,判断是否达到精确度ε:即若|a-b|<ε,则得到零点近似值a(或b);否则重复第二、三、四步.
【精准突破3】
学习目标:能够通过函数图像求函数零点个数以及参数值
目标分解:
通过函数图像求函数零点个数
已知函数零点求参数范围;
教学过程
目标(6)掌握用二分法求函数零点的方法
【教师】接下来我们应用刚刚学习的方法求解函数零点的个数
【例2】若函数,则函数的零点个数是( )
A.5个 B.4个 C.3个 D.2个
【答案】D
【解析】如图:函数与函数有2个交点,所以选D.
目标(7)已知函数零点求参数范围;
【教师】我们还会见到的一种题型是已知零点个数求参数范围
【学生】其实就是求零点个数的逆向思考
【例3】方程有两个不相等的实数根,则实数满足( )
A. B.或 C. D.
【答案】B
【解析】
方程有三个不相等实数根,可以看成函数与直线有个交点即可,函数的图象如图所示,的顶点坐标为关于轴对称点的坐标,由图象可知,时或时,函数与直线有个交点,所以或,故选B.
【查漏补缺】
1.方程解(其中为自然对数的底数)解的个数为__________.
【答案】1
【解析】把方程化为,分别画出函数和的图象,两个函数图象只有一个交点,所以方程只有一解.
2.函数的零点所在的一个区间是(   )
A.(-2,-1) B.(-1,0) C.(0,1) D.(1,2)
【答案】C
【解析】由已知可知,函数单调递增且连续,∵,,,∴由函数的零点判定定理可知,函数的一个零点所在的区间是,故选C.
3.若方程有大于2的根,则实数的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】问题等价于方程在有解,而函数在上递增,值域为,所以k的取值范围是,故选C.
【梳理优化】
巩固练习完成不好就回归到精准突破重新学习,然后进入【查漏补缺】;
巩固练习完成挺好就直接进入【举一反三】进行拓展学习。
【查漏补缺】
1.判断函数f(x)=x-3+lnx的零点个数.
解:令f(x)=x-3+lnx=0,
则lnx=3-x,
在同一直角坐标系内画出y=lnx与y=-x+3的图象,如图所示:
由图象可知函数y=lnx与函数y=3-x只有1个交点,
所以函数f(x)=x-3+lnx的零点只有1个.
2.若是方程的根,则所在的区间为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】设,由于,,即,故选C.
3.方程有四个互不相等的实数根,则实数的取值范围为__________.
【答案】
【解析】原问题等价于与函数与函数有四个不同的交点,
绘制函数的图象如图所示:
观察可得,实数的取值范围为.
4.已知f(x)=则函数g(x)=f(x)-ex的零点个数为________.
【答案】2
【解析】函数g(x)=f(x)-ex的零点个数即为函数y=f(x)与y=ex的图象的交点个数.作出函数图象可知有2个交点,即函数g(x)=f(x)-ex有2个零点.
【举一反三】
5.函数的零点有( )个
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】C
【解析】
试题分析:分别画出函数与函数的图象,观察可知,有3个交点,所以函数有3个零点,故选C.
考点:函数的零点.
6.已知函数的零点,且(,),则( )
A.5 B.4 C.3 D.2
【答案】A
【解析】
试题分析:因为,可得函数上的增函数,而且,即,所以函数有唯一的零点,且满足题意,所以,即,故选A.
7.直线:与曲线有两个公共点,则的取值范围是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
试题分析:直线与曲线如图所示,当过点时,恰有两个公共点且此时有最小值;当与曲线相切时,满足,故的取值范围为.选C.
考点:直线与圆的位置关系.
8.已知函数的零点分别为,则
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
试题分析:,根据图像可得两个函数图像的交点,,根据两个函数图像的交点可知,,根据图像可知交点,所以,故选B.
考点:函数零点
【一题多解】本题考察了函数零点,即函数图像的交点问题,属于基础问题,也可看成三个函数图像,,与的交点横坐标比较大小,这样画在同一坐标系下也清楚交点的大小.
9.设,若有且仅有三个解,则实数的取值范围是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
试题分析:此题可采用数形结合法,首先作函数的图象,由题意可知,当时,,则此时在上为单调递减,且值域为,当时,由可知,函数是以为周期的周期函数,且,结合函数的图象,当满足时,与有且有三个交点,即有且仅有三个解时有.故选B.
10.关于的方程有四个不相等的实数根,则实数的取值范围为________.
【答案】
【解析】原方程等价于=,
在同一坐标系内作出函数与函数的图象,如图所示:
平移直线,可得当时,两图象有4个不同的公共点
相应地方程有4个不相等的实数根,
综上所述,可得实数的范围为0<4.
故答案为:.
11.已知函数f(x)=若关于x的方程f(x)=k有三个不同的实根,则实数k的取值范围是________.
【答案】(-1,0)
【解析】关于x的方程f(x)=k有三个不同的实根,等价于函数f(x)与函数y=k的图象有三个不同的交点,作出函数的图象如图所示,由图可知实数k的取值范围是(-1,0).
12.已知函数.
(1)当时,求函数的零点;
(2)若有零点,求的取值范围.
【答案】(1);(2).
【解析】试题分析:(1)由时,,令,解得,即可求解函数的零点;(2)根据有零点,可得方程有解,即,再根据,即可求解实数的取值范围.
试题解析:(1)当时,,
令,即,解得或(舍去),
∴,函数的零点为;……5分
(2)若有零点,则方程有解,
于是,∵,∴,
即.…………12分
考点:函数的零点问题及其应用.
【优化】
1.全面认识深刻理解函数零点:
(1)从“数”的角度看:即是使f(x)=0的实数x;
(2)从“形”的角度看:即是函数f(x)的图象与x轴交点的横坐标;
(3)若函数f(x)的图象在x=x0处与x轴相切,则零点x0通常称为不变号零点;
(4)若函数f(x)的图象在x=x0处与x轴相交,则零点x0通常称为变号零点.
2.求函数y=f(x)的零点的方法:
(1)(代数法)求方程f(x)=0的实数根(常用公式法、因式分解法、直接求解法等);
(2)(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;
(3)(二分法)主要用于求函数零点的近似值,二分法的条件f(a)·f(b)<0表明:用二分法求函数的近似零点都是指变号零点.
3.有关函数零点的重要结论:
(1)若连续不间断的函数f(x)是定义域上的单调函数,则f(x)至多有一个零点;
(2)连续不间断的函数,其相邻两个零点之间的所有函数值保持同号;
(3)连续不间断的函数图象通过零点时,函数值符号可能不变.
【强化巩固】
1.用二分法求函数的零点时,其参考数据如下
据此数据,可得的一个零点的近似值(精确到)为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
试题分析:根据零点存在性定理,可知只有,所以函数的零点必在区间,那么近似值是,故选B.
考点:函数零点
2.已知函数若,,则函数的零点个数为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】C
【解析】
试题分析:,再由得,因此,即函数的零点个数为三个,选C.
考点:函数零点
3.已知函数,在下列区间中,包含零点的区间是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
试题分析:根据零点存在性定理可知 ,, , ,零点在上。
4.已知关于的方程有一个正根,则实数的取值范围是_________。
【答案】
【解析】∵关于的方程有一个正根,∴,解得:
故答案为:
5.函数有且仅有一个正实数的零点,则实数的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
试题分析:函数有零点方程 有根 与有交点, 当 时,只有一个零点; 当时,联立得有一个解, ,则,只有一个零点; 当时,只有一个正实数零点。
故选B.
考点:1、零点存在性定理;2、二次函数图像及性质.
6.当曲线与直线有两个相异的交点时,实数的取值范围是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
试题分析:曲线表示圆的下半圆,直线过定点
如图所示,直线与圆的下半圆相切
过点与点的直线斜率为
曲线与直线有两个相异的交点时,实数的取值范围是
故答案选C
考点:函数与方程.
【课后练习】
1.已知定义在上的偶函数满足,且当时,,则方程的解的个数是( )
A.0 B.2
C.4 D.6
【答案】C
【解析】
试题分析:运用函数的奇偶性、周期性在同一平面直角坐标系中画出函数的图象,结合图象可以看出:两个函数有四个不同的交点,即方程有四个解,故应选C.
考点:函数的奇偶性周期性及图象和性质的综合运用.
【易错点晴】本题以偶函数、周期函数满足的条件为背景,考查的是函数的图象与零点之间的关系的应用问题.解答本题的关键是如何将函数的图象准确画出.然后再借助偶函数图象的对称性,确定两函数的图象有四个零点,即方程解的个数为有个,从而使得问题最终获解.
2.函数的零点位于区间( )
A.(3,4) B.(0,1)
C.(1,2) D.(2,3)
【答案】C
【解析】
试题分析:,所以函数零点位于区间(1,2)内
考点:函数零点存在性定理
3.函数仅有一个负零点,则的取值范围是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】
试题分析:在平面直角坐标系中做出函数和的图象如图,结合图象可以看出:当时,两函数的图象只有一个交点,即函数仅有一个负零点.故应选D.
考点:等价化归转化的数学思想、函数方程思想及数形结合思想等知识方法的综合运用.
【易错点晴】本题考查的是函数零点的几何意义及等价转化思想、函数方程思想、数形结合的数学思想的综合性问题.求解时要充分借助题设中的“函数仅有一个负零点”这一重要信息,将问题转化为只有一个根,然后在平面直角坐标系中画出函数和的图象,数形结合求得直线的斜率.
4.已知函数f(x)=-x2-2x,g(x)=
(1)求g[f(1)]的值;
(2)若方程g[f(x)]-a=0有4个实数根,求实数a的取值范围.
【答案】见解析
【解析】
解:(1)利用解析式直接求解得g[f(1)]=g(-3)=-3+1=-2.
(2)令f(x)=t,则原方程化为g(t)=a,易知方程f(x)=t在t∈(-∞,1)内有2个不同的解,则原方程有4个解等价于函数y=g(t)(t<1)与y=a的图象有2个不同的交点,作出函数y=g(t)(t<1)的图象,由图象可知,当1≤a<时,函数y=g(t)(t<1)与y=a有2个不同的交点,即所求a的取值范围是.
5.用二分法求方程的近似解,可以取的一个区间是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
试题分析:等式可以变为,则方程的根为函数的零点,分别带入点可得,故根据零点存在性定理可得在区间内有零点,所以方程的根在区间内,故选C
考点:零点存在性定理
6.函数与的图像交点的横坐标所在区间为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
试题分析:函数与的图像交点的横坐标,即为函数的零点,,,故函数的零点所在区间为,即函数与的图像交点的横坐标所在区间为.
考点:函数的零点.
7.已知函数在区间上有零点,则实数的取值范围为
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】易知函数的图象开口向上,且对称轴为直线.若函数在区间上有零点,则只需满足,即,解得,故选C.
8.已知函数为奇函数.
(1)求的值;
(2)当时,关于的方程有解,求实数的取值范围.
【答案】(1);(2).
【解析】
试题分析:(1)利用奇函数中求出的值;(2)由已知,求出,再求出,即的范围.
试题解析:(1)∵,∴,∴..............6分
(2)∵,∴,
∵,∴,
∴,∴................12分
考点:奇函数的性质及应用.
9.函数的图象与函数的图象的交点个数为(  )
A.3
B.2
C.1
D.0
【答案】B
【解析】
如图在同一坐标系中作出两个函数的图象知,选B
10.设,用二分法求方程内近似解的过程中得则方程的根落在区间( )
A. B. C. D.不能确定
【答案】B
【解析】
试题分析:因为,所以函数零点即方程的根在区间内。故B正确。
考点:函数的零点。高中数学 人教A版高一上学期 必修一 函数与方程
【问题查找】
问题一:函数零点的定义与等价关系
f(x)=的零点个数为 ( )
A.0 B.1 C.2 D.3
问题二:使用二分法求函数零点所在区间
设f(x)=3x+3x-8,用二分法求方程3x+3x-8=0在x∈(1,2)内近似解的过程中得f(1)<0,f(1.5)>0,f(1.25)<0,则方程的根所在的区间是 ( )
(1,1.25) B.(1.25,1.5) C.(1.5,2) D.不能确定
问题三:能够通过函数图像求函数零点个数以及参数值
若函数f(x)=ax-x-a(a>0,且a≠1)有两个零点,则实数a的取值范围是_______.
【要点精讲】
【精准突破1】
学习目标:能掌握函数零点的定义与等价关系
目标分解:
理解函数零点的定义
理解函数零点与方程根之间的关系;
掌握函数零点与函数图像交点关系;
教学过程
目标(1):理解函数零点的定义
【知识点】
1.函数零点的定义
(1)对于函数y=f(x) (x∈D),把使________成立的实数x叫做函数y=f(x) (x∈D)的零点.
(2)方程f(x)=0有实根 函数y=f(x)的图象与____有交点 函数y=f(x)有________.
注意:零点的含义:零点不是点!是图像与x轴交点的横坐标,是数字!
目标(2):理解函数零点与方程根之间的关系
【知识点】
1.函数零点的判定
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____________,那么函数y=f(x)在区间________内有零点,即存在c∈(a,b),使得________,这个____也就是f(x)=0的根.我们不妨把这一结论称为零点存在性定理.
2.二次函数y=ax2+bx+c (a>0)的图象与零点的关系
Δ>0 Δ=0 Δ<0
二次函数y=ax2+bx+c (a>0)的图象
与x轴的交点 ________, ________ ________ 无交点
零点个数 ________ ________ ________
目标(3):掌握函数零点与函数图像交点关系
【知识点】零点的个数,可以转化为两个图像的交点个数(重点理解)
【例1】求函数的零点个数。
【精准突破2】
学习目标:能够使用二分法求函数零点所在区间
目标分解:
理解二分法的概念
掌握用二分法求函数零点的方法
教学过程
目标(4)理解二分法的概念
【知识点】对于区间[a,b]上连续不断且f(a)·f(b)<0的函数y=f(x),通过不断地把函数f(x)的零点所在的区间一分为二,使区间的两个端点逐步逼近零点,进而得到零点近似值的方法叫二分法。
目标(5)掌握用二分法求函数零点的方法
【知识点】
1.用二分法求函数f(x)零点近似值的步骤
第一步,确定区间[a,b],验证________________,给定精确度ε;
第二步,求区间(a,b)的中点c;
第三步,计算______:
①若________,则c就是函数的零点;
②若________,则令b=c[此时零点x0∈(a,c)];
③若________,则令a=c[此时零点x0∈(c,b)];
第四步,判断是否达到精确度ε:即若|a-b|<ε,则得零点近似值a(或b);否则重复第二、三、四步.
【精准突破3】
学习目标:能够通过函数图像求函数零点个数以及参数值
目标分解:
通过函数图像求函数零点个数
已知函数零点求参数范围;
教学过程
目标(6)掌握用二分法求函数零点的方法
【例2】若函数,则函数的零点个数是( )
A.5个 B.4个 C.3个 D.2个
目标(7)已知函数零点求参数范围;
【例3】方程有两个不相等的实数根,则实数满足( )
A. B.或 C. D.
【查漏补缺】
1.方程解(其中为自然对数的底数)解的个数为__________.
2.函数的零点所在的一个区间是(   )
A.(-2,-1) B.(-1,0) C.(0,1) D.(1,2)
3.若方程有大于2的根,则实数的取值范围是( )
A. B. C. D.
【梳理优化】
【查漏补缺】
1.判断函数f(x)=x-3+lnx的零点个数.
2.若是方程的根,则所在的区间为( )
A. B. C. D.
3.方程有四个互不相等的实数根,则实数的取值范围为__________.
4.已知f(x)=则函数g(x)=f(x)-ex的零点个数为________.
【举一反三】
5.函数的零点有( )个
A.1 B.2 C.3 D.4
6.已知函数的零点,且(,),则( )
A.5 B.4 C.3 D.2
7.直线:与曲线有两个公共点,则的取值范围是( )
A. B.
C. D.
8.已知函数的零点分别为,则
A. B.
C. D.
9.设,若有且仅有三个解,则实数的取值范围是( )
A. B.
C. D.
10.关于的方程有四个不相等的实数根,则实数的取值范围为________.
11.已知函数f(x)=若关于x的方程f(x)=k有三个不同的实根,则实数k的取值范围是____.
12.已知函数.
(1)当时,求函数的零点;
(2)若有零点,求的取值范围.
【优化】
1.全面认识深刻理解函数零点:
(1)从“数”的角度看:即是使f(x)=0的实数x;
(2)从“形”的角度看:即是函数f(x)的图象与x轴交点的横坐标;
(3)若函数f(x)的图象在x=x0处与x轴相切,则零点x0通常称为不变号零点;
(4)若函数f(x)的图象在x=x0处与x轴相交,则零点x0通常称为变号零点.
2.求函数y=f(x)的零点的方法:
(1)(代数法)求方程f(x)=0的实数根(常用公式法、因式分解法、直接求解法等);
(2)(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;
(3)(二分法)主要用于求函数零点的近似值,二分法的条件f(a)·f(b)<0表明:用二分法求函数的近似零点都是指变号零点.
3.有关函数零点的重要结论:
(1)若连续不间断的函数f(x)是定义域上的单调函数,则f(x)至多有一个零点;
(2)连续不间断的函数,其相邻两个零点之间的所有函数值保持同号;
(3)连续不间断的函数图象通过零点时,函数值符号可能不变.
【强化巩固】
1.用二分法求函数的零点时,其参考数据如下
据此数据,可得的一个零点的近似值(精确到)为( )
A. B. C. D.
2.已知函数若,,则函数的零点个数为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
3.已知函数,在下列区间中,包含零点的区间是( )
A. B. C. D.
4.已知关于的方程有一个正根,则实数的取值范围是_________。
5.函数有且仅有一个正实数的零点,则实数的取值范围是( )
A. B. C. D.
6.当曲线与直线有两个相异的交点时,实数的取值范围是( )
A. B.
C. D.
【课后练习】
第1天作业
1.已知定义在上的偶函数满足,且当时,,则方程的解的个数是( )
A.0 B.2
C.4 D.6
2.函数的零点位于区间( )
A.(3,4) B.(0,1)
C.(1,2) D.(2,3)
3.函数仅有一个负零点,则的取值范围是( )
A. B.
C. D.
4.已知函数f(x)=-x2-2x,g(x)=
(1)求g[f(1)]的值;
(2)若方程g[f(x)]-a=0有4个实数根,求实数a的取值范围.
5.用二分法求方程的近似解,可以取的一个区间是( )
A. B. C. D.
6.函数与的图像交点的横坐标所在区间为( )
A. B. C. D.
7.已知函数在区间上有零点,则实数的取值范围为( )
A. B.
C. D.
8.已知函数为奇函数.
(1)求的值;
(2)当时,关于的方程有解,求实数的取值范围.
9.函数的图象与函数的图象的交点个数为(  )
A.3
B.2
C.1
D.0
10.设,用二分法求方程内近似解的过程中得则方程的根落在区间( )
A. B. C. D.不能确定