苏教版高中数学必修第一册第8章函数应用8.1二分法与求方程近似解（第2课时用二分法求方程的近似解）教学课件(共35张PPT)

(共35张PPT)
8.1二分法与求方程近似解（第二课时）用二分法求方程的近似解
课标要求 素养要求
1.探索用二分法求方程近似解的思路.
2.能借助计算工具用二分法求方程近似解. 通过本节内容的学习，使学生体会“逐步逼近”的方法，提升学生数学抽象、逻辑推理、数学运算素养.
新知探究
在一个风雨交加的夜里，从某水库闸房到防洪指挥部的电话线路发生了故障，这是一条10 km长的路线，如果沿着线路一小段一小段查找，困难很多.每查一个点要爬一次电线杆子，10 km长的线路大约有200多根电线杆子.
可是维修线路的工人师傅只要至多爬7次电线杆子就能把故障排除了，你知道他是如何做到的吗？
如图所示，他首先从中点C查，用随身带的话机向两端测试时，若发现AC段正常，则可断定故障在BC段，再到BC段中点D，这次若发现BD段正常，则故障在CD段，再到CD中点E来查.
每查一次，可以把待查的线段缩减一半，要把故障可能发生的范围缩小到50～100 m左右，即一两根电线杆附近，只要7次就够了.
问题　(1)上述情景中，工人师傅是通过什么方法缩小故障范围的？
(2)工人师傅选择下次在哪个范围内爬电线杆子的关键是什么？
(3)如果把故障可能发生的范围缩小在200 m左右，至多需要爬几次电线杆子？
提示　(1)二分法.　(2)确立故障的范围.　(3)6次.
1.二分法是求一元方程__________的常用方法；运用二分法的前提是要先判断某解所在的________.
近似解
区间
2.用二分法求方程的一个近似解的操作流程是：
在上述操作过程中如果存在c，使得f(c)＝0，那么c就是方程f(x)＝0的一个精确解.
基础自测
[判断题]
1.二分法所求出的方程的解都是近似解.( )
提示　如函数f(x)＝x－2用二分法求出的解就是精确解.
2.函数f(x)＝|x|可以用二分法求零点.( )
提示　对于函数f(x)＝|x|，不存在区间(a，b)，使f(a)·f(b)<0，所以不能用二分法求其零点.
3.用二分法求函数零点的近似值时，每次等分区间后，零点必定在右侧区间内.( )
提示　函数的零点也可能是区间的中点或在左侧区间内.
4.二分法可求所有函数的近似零点.( )
提示　当零点左右两侧附近函数值同号时，不能用二分法求函数的近似零点.
×
×
×
×
[基础训练]
1.二分法求函数的零点的近似值适合于(　　)
A.零点两侧函数值异号的函数
B.零点两侧函数值同号的函数
C.所有函数都适合
D.所有函数都不适合
解析　由函数零点存在定理可知选A.
答案　A
2.下列图象表示的函数能用二分法求零点的是(　　)
解析　对于A，图象与x轴无交点，不存在零点；对于B，图象与x轴有公共点，但零点两边的函数值同号，不能用二分法求零点；对于C，函数零点两边的函数值异号，可用二分法求零点；对于D，零点两边的函数值同号，不能用二分法求零点.故选C.
答案　C
3.用二分法求函数f(x)的一个正实数零点时，经计算f(0.64)<0，f(0.72)>0，f(0.68)<0，则函数的一个精确到0.1的正实数零点的近似值为(　　)
A.0.9 B.0.7 C.0.5 D.0.4
解析　由题意可知函数的零点在(0.68，0.72)内，四个选项中只有0.7，故选B.
答案　B
[思考]
1.用二分法求函数近似零点时，函数应满足哪些条件？
提示　前提条件：
(1)f(x)在区间[a，b]上的图象连续不断.
(2)在区间[a，b]端点的函数值f(a)·f(b)<0.
2.二分法的解题原理是什么？
提示　函数零点存在定理.
3.已知函数y＝f(x)在区间(a，b)内有零点，采用什么方法能进一步有效缩小零点所在的区间？
提示　可采用“取中点”的方法逐步缩小零点所在的区间.
题型一　二分法概念的理解
【例1】　(1)下列函数中不能用二分法求零点的是(　　)
(2)用二分法求方程2x＋3x－7＝0在区间(1，3)内的根，取区间的中点为x0＝2，那么下一个有根的区间是________.
解析　(1)观察图象与x轴的交点，若交点附近的函数图象连续，且在交点两侧的函数值符号相异，则可用二分法求零点，而B不能用二分法求零点.
(2)设f(x)＝2x＋3x－7，f(1)＝2＋3－7＝－2<0，f(3)＝10>0，f(2)＝3>0，f(x)零点所在的区间为(1，2)，∴方程2x＋3x－7＝0有根的区间是(1，2).
答案　(1)B　(2)(1，2)
规律方法　运用二分法求函数的零点应具备的条件
(1)函数图象在零点附近连续不断.
(2)在该零点左右函数值异号.
只有满足上述两个条件，才可用二分法求函数零点.
【训练1】　已知函数f(x)的图象如图，其中零点的个数与可以用二分法求解的个数分别为(　　)
A.4，4 　　　　B.3，4 C.5，4　　 D.4，3
解析　图象与x轴有4个交点，所以零点的个数为4；左、右函数值异号的有3个零点，所以可以用二分法求解的个数为3.
答案　D
题型二　用二分法求函数的零点
【例2】　用二分法求函数f(x)＝x3－x－1在区间[1，1.5]内的一个零点(精确到0.1).
解　经计算，f(1)<0，f(1.5)>0，所以函数在[1，1.5]内存在零点x0.
取区间(1，1.5)的中点x1＝1.25，经计算f(1.25)<0，因为f(1.25)·f(1.5)<0，所以x0∈(1.25，1.5).
如此继续下去，得到函数的一个零点所在的区间，如下表：
因为1.312 5与1.343 75精确到0.1的近似值都有1.3，所以函数f(x)＝x3－x－1的精确到0.1的近似零点可取为1.3.
(a，b) (a，b)的中点 中点函数值符号
(1，1.5) 1.25 f(1.25)<0
(1.25，1.5) 1.375 f(1.375)>0
(1.25，1.375) 1.312 5 f(1.312 5)<0
(1.312 5，1.375) 1.343 75 f(1.343 75)>0
(1.312 5，1.343 75)
规律方法　用二分法求函数零点的近似值应遵循的原则
(1)需依据图象估计零点所在的初始区间[m，n](一般采用估计值的方法完成).
(2)取区间端点的平均数c，计算f(c)，确定有解区间是[m，c]还是[c，n]，逐步缩小区间的“长度”，直到区间的两个端点符合要求，终止计算，得到函数零点的近似值.
【训练2】　用二分法求函数f(x)＝3x－x－4的一个零点，其参考数据如下：
据此数据，可得f(x)＝3x－x－4的一个零点的近似值(精确到0.01)为________.
f(1.600 0)≈0.200 f(1.587 5)≈0.133 f(1.575 0)≈0.067
f(1.562 5)≈0.003 f(1.556 25)≈－0.029 f(1.550 0)≈－0.060
解析　由参考数据知f(1.562 5)≈0.003>0，f(1.556 25)≈－0.029<0，即f(1.562 5)·f(1.556 25)<0，且1.556 25与1.562 5精确到0.01的近似值都为1.56，所以函数f(x)＝3x－x－4的一个零点的近似值可取为1.56.
答案　1.56
题型三　用二分法求方程的近似解
【例3】　在用二分法求方程x＝3－lg x在区间(2，3)内的近似解时，先将方程变形为lg x＋x－3＝0，构建f(x)＝lg x＋x－3，然后通过计算以判断f(2)及f(3)的正负号，再按步骤取区间中点值，计算中点的函数近似值，如此往复缩小零点所在区间，计算得部分数据列表如下：
步骤 区间左端点a 区间右端点b a、b中点c的值 中点c的函数近似值f(c)
1 2 3 2.5 －0.102
2 0.189
3 2.625 0.044
4 2.5 2.625 2.562 5 －0.029
5 2.562 5 2.625 2.593 75 0.008
6 2.562 5 2.593 75 2.578 125 －0.011
7 2.578 125 2.593 75 2.585 937 5 －0.001
8 2.585 937 5 2.593 75 2.589 843 75 0.003
9 2.585 937 5 2.589 843 75 2.587 890 625 0.001
(1)判断f(2)及f(3)的正负号；
(2)请完成上述表格，在空白处填上正确的数字；
(3)若精确到0.1，则到第几步骤即可求出近似值？此时近似值为多少？
(4)若精确到0.01，则需要到第几步骤才可求出近似值？近似值为多少？
解　(1)f(2)＝lg 2－1＝lg 2－lg 10<0，f(3)＝lg 3>0.
(2)如下表：
步骤 区间左端点a 区间右端点b a、b中点c的值 中点c的函数近似值f(c)
1 2 3 2.5 －0.102
2 2.5 3 2.75 0.189
3 2.5 2.75 2.625 0.044
4 2.5 2.625 2.562 5 －0.029
5 2.562 5 2.625 2.593 75 0.008
6 2.562 5 2.593 75 2.578 125 －0.011
7 2.578 125 2.593 75 2.585 937 5 －0.001
8 2.585 937 5 2.593 75 2.589 843 75 0.003
9 2.585 937 5 2.589 843 75 2.587 890 625 0.001
(3)直到第5步骤时，2.562 5与2.625精确到0.1的近似值都为2.6，此时可求出零点的近似值为2.6.
(4)直到第8步骤时，2.585 937 5与2.593 75精确到0.01的近似值都为2.59，此时可求出零点的近似值为2.59.
规律方法　用二分法求方程的近似解，首先要选好计算的初始区间，这个区间既要包含所求的根，又要使其长度尽量小，其次要依据给定的精度，及时检验所得区间是否达到要求(达到给定的精度)，以决定是停止计算还是继续计算.
【训练3】　用二分法求2x＋x＝4在[1，2]内的近似解(精确到0.1).参考数据：
解　令f(x)＝2x＋x－4，则f(1)＝2＋1－4<0，f(2)＝22＋2－4>0.
x 1.125 1.25 1.375 1.437 5 1.5 1.625 1.75
2x 2.18 2.38 2.59 2.71 2.83 3.08 3.36
区间 区间中点值xn f(xn)的值及符号
(1，2) x1＝1.5 f(x1)＝0.33>0
(1，1.5) x2＝1.25 f(x2)＝－0.37<0
(1.25，1.5) x3＝1.375 f(x3)＝－0.035<0
(1.375，1.5) x4＝1.437 5 f(x4)＝0.147 5>0
∵1.375与1.437 5精确到0.1的近似值都为1.4.
∴2x＋x＝4在[1，2]内的近似解可取为1.4.
一、课堂小结
1.通过探索用二分法求方程近似解的思路，培养数学抽象素养，通过借助计算工具用二分法求方程近似解提升数学运算及逻辑推理素养.
2.二分法就是通过不断地将所选区间一分为二，使区间的两个端点逐步逼近零点，直至找到零点附近足够小的区间，根据所要求的精度，用此数值近似地表示真正的零点.
3.并非所有函数都可以用二分法求其零点，只有满足：
(1)在区间[a，b]上连续不断；
(2)f(a)·f(b)<0.
上述两条的函数，方可采用二分法求得零点的近似值.
二、课堂检测
1.用二分法研究函数f(x)＝x3＋3x－1的零点时，第一次计算，得f(0)<0，f(0.5)>0，第二次应计算f(x1)，则x1等于(　　)
A.1 B.－1 C.0.25 D.0.75
答案　C
2.用二分法研究函数f(x)＝x3－2x－1的零点时，若零点所在的初始区间为(1，2)，则下一个有解区间为(　　)
A.(1，2) B.(1.75，2)
C.(1.5，2) D.(1，1.5)
答案　C
答案　(2，3)
4.下列函数中有零点但不能用二分法求零点近似值的是________(填序号).
答案　④
5.判定方程3x－x2＝0在区间[1，2]内是否有实数解？若有，求出精确到0.01的近似解；若没有，请说明理由.
解　方程3x－x2＝0在区间[1，2]内没有实数解，下面说明理由.设f(x)＝3x－x2，则f(1)＝2>0，f(2)＝5>0，
又根据函数y＝3x，y＝x2增长速度可知，当x∈[1，2]时，3x－x2>0恒成立，
故不存在x∈[1，2]，
使3x－x2＝0，
即方程3x－x2＝0在区间[1，2]内没有实数解.