中值定理8-方程根讨论

方程根讨论

遇到方程根讨论的题目可以考虑使用以下方法:
1.零点定理
2.罗尔法
3.单调法

例题1:证x2−3x+1=0至少一个正根x^2-3x+1=0至少一个正根x23x+1=0

1.根据要证的结论构造辅助函数
f(x)=x2−3x+1f(x)=x^2-3x+1f(x)=x23x+1
2.使用零点定理
∵f(0) ⋅ f(1)&lt;0\because f(0)\ \cdot \ f(1)&lt;0f(0)  f(1)<0
∃ c∈(0,1).使得f(c)=0\exists \ c \in (0,1).使得f(c)=0 c(0,1).使f(c)=0

罗尔法:
令结论=f(x),再找出f(x)的原函数F(x).使得F′(x)=f(x)f(x),再找出f(x)的原函数F(x).使得F&#x27;(x)=f(x)f(x)f(x)F(x).使F(x)=f(x)
F(x)就作为辅助函数F(x)就作为辅助函数F(x)
找出两个点a,ba,ba,b 使得F(a)=F(b)F(a)=F(b)F(a)=F(b)
根据罗尔定理∃ c∈(a,b)使得F′(c)=0\exists \ c \in(a,b) 使得F&#x27;(c)=0 c(a,b)使F(c)=0
⇒f(c)=0\Rightarrow f(c)=0f(c)=0

例题2:已知:a0+a12+a23=0a_0+\frac{a_1}{2}+\frac{a_2}{3}=0a0+2a1+3a2=0,证明:a0+a1x+a2x2=0至少一个正根a_0+a_1x+a_2x^2=0至少一个正根a0+a1x+a2x2=0

1.令f(x)=a0+a1x+a2x2f(x)=a_0+a_1x+a_2x^2f(x)=a0+a1x+a2x2,那么原函数就是:

F(x)=a0x+a12x2+a23x3F(x)=a_0x+\frac{a_1}{2}x^2+\frac{a_2}{3}x^3F(x)=a0x+2a1x2+3a2x3

2.找到两点0,1使得
F(0)=F(1)=0F(0)=F(1)=0F(0)=F(1)=0

3.根据罗尔定理
∃ c∈(0,1)使得F′(c)=0\exists \ c \in(0,1) 使得 F&#x27;(c)=0 c(0,1)使F(c)=0
∴f(c)=0\therefore f(c)=0f(c)=0
即:a0+a1x+a2x2=0a_0+a_1x+a_2x^2=0a0+a1x+a2x2=0至少一个正根

单调法:

  1. 令辅助函数f(x)=要证的结论f(x)=要证的结论f(x)=,并标注xxx的定义域
  2. 找极值点,一阶导数等于0,或者一阶导数不存在的点很有可能是极值点。
  3. 关注两侧,作草图

例题3:问:ln⁡x=xe−2有多少个根?\ln x =\frac{x}{e}-2有多少个根?lnx=ex2

1.构造辅助函数,标注xxx的定义域

f(x)=ln⁡x−xe+2f(x)=\ln x-\frac{x}{e}+2f(x)=lnxex+2(x&gt;0)(x&gt;0)(x>0)

2.对辅助函数求导

f′(x)=1x−1e=0⇒x=ef&#x27;(x)=\frac{1}{x}-\frac{1}{e}=0 \Rightarrow x=ef(x)=x1e1=0x=e

一阶导数等于0的点很可能是极值点,所以令一阶导数等于0看一下

f′′(x)=−1x2⇒f′′(e)&lt;0f&#x27;&#x27;(x)=-\frac{1}{x^2} \Rightarrow f&#x27;&#x27;(e)&lt;0f(x)=x21f(e)<0

根据单调性的第二充分条件判断:f′(x0)=0,f′′(x0)&lt;0,⇒f(x0)是极大点f&#x27;(x_0)=0,f&#x27;&#x27;(x_0)&lt;0,\Rightarrow f(x_0)是极大点f(x0)=0,f(x0)<0,f(x0)
根据已证条件f′(e)=0,f′′(e)&lt;0,⇒f(e)f&#x27;(e)=0,f&#x27;&#x27;(e)&lt;0,\Rightarrow f(e)f(e)=0,f(e)<0,f(e)是极大点,因为只有这一个极值点,所以f(e)f(e)f(e)就是最大点

最大点:f(e)=2&gt;0f(e)=2&gt;0f(e)=2>0

3.关注两侧
f(0+0)=−∞f(0+0)=-\inftyf(0+0)=

lim⁡x→+∞f(x)=−∞\underset{x \to + \infty}{\lim} f(x) = -\inftyx+limf(x)=

∴f(x)有2个零点⇒2个根\therefore f(x)有2个零点 \Rightarrow 2个根f(x)22

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