2020版新教材高中数学第三章函数3.2.2零点的存在性及其近似值的求法课件新人教B版必修1:73张PPT

课件73张PPT。第2课时　
零点的存在性及其近似值的求法　1.函数零点存在定理
(1)条件：函数y=f(x)在区间[a，b]上的图像是连续不断的曲线，并且f(a)f(b)<0.
(2)结论：函数y=f(x)在区间(a，b)中至少有一个零点，即?x0∈(a，b)，f(x0)=0.【思考】
(1)函数y=f(x)在区间[a，b]上的图像是连续不断的曲线，f(a)f(b)<0时，能否判断函数在区间[a，b]上的零点个数？
提示：只能判断有无零点，不能判断零点的个数.(2)函数y=f(x)在区间(a，b)上有零点，是不是一定有f(a)f(b)<0？
提示：不一定，如f(x)=x2在区间(-1，1)上有零点0，但是f(-1)f(1)=1×1=1>0.2.二分法的概念
对于在区间[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，进而得到函数零点的方法叫做二分法.【思考】
能否用二分法求方程的近似解？
提示：能，方程的根即为函数的零点.3.用二分法求函数零点近似值的步骤
给定精度ε，用二分法求函数f(x)零点x0近似值x1，
使得|x1-x0|<ε的一般步骤如下：
第一步，检查|b-a|<2ε是否成立，如果成立，取
x1= ，计算结束，如果不成立转到第二步；第二步，计算区间(a，b)的中点 对应的函数值，
若f( )=0，取x1= ，计算结束；若f( )
≠0，转 到第三步；
第三步，若f(a)·f( )<0，将 →b，回到
第一步；否则必有f( )·f(b)<0，将 →a，
回到第一步.【思考】
当|b-a|<2ε时，取区间(a，b)的中点作为零点的近似解，区间(a，b)上的其他点一定不是零点的近似解吗？为什么不取其他的点作为近似解？提示：设函数的零点是x0，区间(a，b)的其他点为
x′，x′也可能是零点的近似解，即满足|x′-x0|
<ε，但是也可能不满足，而区间的中点一定满足，
因此只取区间的中点作为近似解，而不取其他的点.【素养小测】
1.思维辨析(对的打“√”，错的打“×”)
(1)函数y=2x-1的零点是 (　　)
(2)若函数y=f(x)在区间(a，b)上f(a)·f(b)>0，
则在区间(a，b)上一定没有零点. (　　)
(3)求任何函数的零点都可以用二分法. (　　)提示：(1)×.函数y=2x-1的零点是 .
(2)×.如f(x)=x2在区间(-1，1)上有f(-1)f(1)
=1×1=1>0，但是在区间(-1，1)上有零点0.
(3)×.函数需满足在区间[a，b]上连续不断且f(a)·f(b)<0，才能用二分法求零点.2.下列图像表示的函数中没有零点的是 (　　)【解析】选A.B，C，D的图像均与x轴有交点，故函数均有零点，A的图像与x轴没有交点，故函数没有零点.3.下列图像与x轴均有交点，其中不能用二分法求函数零点的是 (　　)【解析】选A.只有A中图像没有穿越x轴.类型一　函数零点所在区间的求法　　　　　　　　　　　　　　
【典例】1.若a(x-c)+(x-c)(x-a)的两个零点分别位于区间 (　　)
A.(a，b)和(b，c)内 B.(-∞，a)和(a，b)内
C.(b，c)和(c，+∞)内 D.(-∞，a)和(c，+∞)内2.函数f(x)=2x- 的零点所在的区间是 (　　)
A.(1，+∞) B.
C. D. 【思维·引】
1.根据函数零点存在定理，找到一个区间，使得在区间两端点函数值异号.
2.计算在各个区间端点处的函数值，利用零点存在定理判断.【解析】1.选A.因为f(x)=(x-a)(x-b)+(x-b)(x-c)
+(x-c)(x-a)，所以f(a)=(a-b)(a-c)，f(b)=
(b-c)(b-a)，f(c)=(c-a)(c-b)，
因为a0，f(b)<0，f(c)>0，
所以f(a)f(b)<0，f(b)f(c)<0，故?x1∈(a，b)，
x2∈(b，c)，f(x1)=0，f(x2)=0，
所以f(x)的两个零点分别位于区间(a，b)和(b，c)内.2.选B.f(1)=2-1=1，
即f f(1)<0，所以?x0∈ ，f(x0)=0，
且f(x)的图像在 内是一条连续不断的曲线，
故f(x)的零点所在的区间是 .【内化·悟】
求函数零点所在区间的关键是什么？
提示：判断区间端点处函数值与0的大小关系.【类题·通】
　判断函数零点所在区间的三个步骤
(1)代入：将区间端点值代入函数求出函数的值.
(2)判断：把所得的函数值相乘，并进行符号判断.(3)结论：若符号为正且函数在该区间内是单调函数，则在该区间内无零点，若符号为负且函数连续，则在该区间内至少有一个零点.【习练·破】
对于方程x3+x2-2x-1=0，有下列判断：①在(-2，-1)内有实数根；②在(-1，0)内有实数根；③在(1，2)内有实数根；④在(-∞，+∞)内没有实数根.其中正确的有________.(填序号)?【解析】设f(x)=x3+x2-2x-1，
则f(-2)=-1<0，f(-1)=1>0，
f(0)=-1<0，f(1)=-1<0，f(2)=7>0，
所以f(-2)·f(-1)<0，f(-1)·f(0)<0，f(1)·f(2)<0，所以?x1∈(-2，-1)，x2∈(-1，0)，x3∈(1，2)，f(x1)=0，f(x2)=0，f(x3)=0.
则f(x)在(-2，-1)，(-1，0)，(1，2)内均有零点，即①②③正确.
答案：①②③【加练·固】
函数f(x)=x2-2x+a在区间(-2，0)和(2，3)内各有一个零点，则实数a的取值范围是________.?【解析】因为函数f(x)=x2-2x+a在区间(-2，0)和
(2，3)内各有一个零点，由二次函数图像的性质，
知 解得-3答案：(-3，0)类型二　确定函数零点的个数　　　　　　　　　　　　　　　　　
【典例】1.函数f(x)= -x2+1的零点个数是 (　　)
A.0 B.1 C.2 D.32.函数f(x)=ax2+bx+c，若f(1)>0，f(2)<0，则f(x)
在(1，2)上的零点 世纪金榜导学号(　　)
A.至多有一个 B.有一个或两个
C.有且仅有一个 D.一个也没有【思维·引】
1.令f(x)=0，移项后转化为两个初等函数，利用图像的交点个数判断.
2.先确定函数，再分类讨论a的范围.【解析】1.选C.令f(x)= -x2+1=0，得 =x2-1，
则函数f(x)的零点个数，即y= 与y=x2-1的交点
个数，如图所示，
有两个交点，故函数f(x)=
-x2+1有两个零点.2.选C.若a=0，则f(x)=bx+c是一次函数，
由f(1)·f(2)<0得零点只有一个；若a≠0，
则f(x)=ax2+bx+c为二次函数，如果有两个零点，
则必有f(1)·f(2)>0，与已知矛盾.【内化·悟】
在不求零点的情况下怎样判断函数零点的个数？
提示：转化为两个函数的图像的交点问题，几个交点就有几个零点.【类题·通】
　利用函数的图像判断零点个数
(1)原理：函数的零点个数?方程的根的个数?移项拆分为两个函数，作图观察交点个数.
(2)关键：拆分成的两个函数应方便作图.【习练·破】
函数f(x)=x2-(k+2)x+1-3k有两个不等零点x1，x2，且0x1，x2，且0画出函数的大致图像如图.据图像有f(0)=1-3k>0，且f(1)=-4k<0，
且f(2)=1-5k>0，所以0所以实数k的取值范围为 【加练·固】
函数f(x)=2- (x∈[-1，1])的零点个数为_______.?
【解析】令2- =0，解得x=0，所以函数仅有一个零点.
答案：1类型三　二分法的应用　　　　　　　　　　　　　　　
角度1　二分法概念的理解
【典例】1.用二分法求如图所示函数f(x)的零点时，不可能求出的零点是 (　　)
A.x1 B.x2
C.x3 D.x42.用二分法求函数y=f(x)在区间(2，4)上的近似解，验证f(2)f(4)<0，给定精度为0.1，需将区间等分______次.?【思维·引】
1.根据二分法的定义判断.
2.根据二分法求零点的步骤判断.【解析】1.选C.二分法求函数f(x)的零点时，函数必须满足在零点两侧的函数值异号，而题图中函数在零点x3的两侧的函数值都是负值，故不能用二分法求出.2.开区间(2，4)的长度等于2，每经过一次操作，区间
长度变为原来的一半，经过n次操作后，区间长度变
为
因为用二分法求函数y=f(x)在区间(2，4)上的近似
解，要求精确度为0.1，所以 ≤0.2，解得n≥4.
答案：4【内化·悟】
能用二分法求零点的函数图像有什么特征？
提示：函数的图像应穿过x轴，零点左右的函数值符号相反.【类题·通】
运用二分法求函数的零点应具备的条件
(1)函数图像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.【习练·破】
1.下列函数中，不能用二分法求零点的是 (　　)【解析】选D.由函数图像可得，D中的函数没有零点，故不能用二分法求零点；A，B，C中的函数存在零点且函数在零点附近两侧的符号相反，故能用二分法求函数的零点.2.下列函数的零点不能用二分法求解的是 (　　)
A.f(x)=x3-1 B.f(x)=2x-1
C.f(x)=|x| D.f(x)=-x2+4x-1【解析】选C.所给函数均为连续函数，故只需考虑是否存在区间[a，b]，使得f(a)f(b)<0即可.对于A，存在区间[0，2]，使得f(0)f(2)<0，
对于B，存在区间[0，1]，使得f(0)f(1)<0，对于C，由于f(x)=|x|≥0，
故不存在区间[a，b]，使得f(a)f(b)<0，
对于D，存在区间[0，1]，使得f(0)f(1)<0.角度2　用二分法求函数的近似解
【典例】1.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)2.已知函数f(x)=x3+2x-8的零点用二分法计算，附近的函数值参考数据如表所示：则方程x3+2x-8=0的近似解可取为(精度0.1)(　　)
世纪金榜导学号
A.1.50 B.1.625
C.1.75 D.1.6875【思维·引】
1.确定有解区间要计算f(1)，f(2)，f(1.5).
2.首先确定有解区间，再验证是否满足精度.【解析】1.选C.对于函数f(x)=x3-2x-1，
因为f(1)=-2<0，f(2)=3>0，f(1.5)=- <0，
因此?x0∈(1.5，2)，f(x0)=0.
所以下一个有根区间是(1.5，2).2.选D.由表格可得，f(1.625)·f(1.75)<0，
那么?x0∈(1.625，1.75)，f(x0)=0，
所以函数f(x)的零点在(1.625，1.75)之间，
又1.75-1.625=0.125<2×0.1=0.2，
所以方程的零点可以取 【内化·悟】
1.怎么样确定零点所在的区间？
提示：取中点，计算中点的函数值，与端点函数值比较符号异同，在符号相异的一侧区间内.2.怎样确定二分法终止的区间？
提示：验证是否满足|a-b|<2ε.【类题·通】
　用二分法求函数零点的近似值应遵循的原则
(1)需依据图像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精度要求，终止计算，得到函数零点的近似值.【习练·破】
1.用二分法求函数f(x)=x3+5的零点可以取的初始区间是 (　　)
A.[-2，1] B.[-1，0]
C.[0，1] D.[1，2]【解析】选A.二分法求变号零点时所取初始区间[a，b]，应满足f(a)·f(b)<0.
本题中函数f(x)=x3+5，由于f(-2)=-3，f(1)=6，显然满足f(-2)·f(1)<0，因此?x0∈(-2，1)，f(x0)=0，故函数f(x)=x3+5的零点可以取的初始区间是[-2，1].2.用二分法求f(x)=0的近似解，f(1)=-2，f(1.5)=0.625，f(1.25)=-0.984，f(1.375)=-0.260，下一个求f(m)，则m=______________.?【解析】根据题意，方程f(x)=0的根应该在区间(1.375，1.5)上，则m= =1.437 5.
答案：1.437 5【加练·固】
用二分法找函数f(x)=2x+3x-7在区间[0，4]上的零
点近似值，取区间中点2，则下一个存在零点的区间
为 (　　)
A.(0，1)　　 B.(0，2)　
C.(2，3)　　 D.(2，4)【解析】选B.因为f(0)=20+0-7=-6<0，
f(4)=24+12-7=21>0，又已知f(2)=22+6-7=3>0，
所以f(0)f(2)<0，因此?x0∈(0，2)，f(x0)=0
所以零点所在区间为(0，2).角度3　零点、二分法的综合应用
【典例】若函数f(x)=3x2-5x+a的一个零点在区间
(-2，0)内，另一个零点在区间(1，3)内，则实数
a的取值范围是________.?【思维·引】根据函数的一个零点在区间(-2，0)内，另一个零点在区间(1，3)内，可以求出f(-2)与f(0)的关系和f(1)与f(3)的关系，再求出a的取值范围.【解析】根据二次函数及其零点所在区间可画出大致图像，如图：由图可知

解得-12答案：(-12，0)