3.解决应用问题的基本步骤:
(1)实际应用题→明确题意,找出题设与结论的数学关系——数量关系和空间位置关系;
(2)在分析联想的基础上,转化为数学问题,抽象构建成一个或几个数学模型来解;
(3)阅读、分析、联想、转化、抽象;
(4)建立数学模型;
(5)运用数学知识作为工具;
(6)解答数学问题;
(7)解决实际问题(作答).
函数零点的判断
1.函数零点存在性定理:
若函数y=f(x)的零点在区间[a,b]上的图象是一条连续不断的曲线,且f(a)·f(b)<0,则函数y=f(x)在区间(a,b)内有零点.
2.求曲线和x轴的交点的横坐标,就是求函数的零点,即求方程的根.
已知函数f(x)=3x-x2,问方程f(x)=0在区间[-1,0]内有没有实数根?
为什么?
解析:
∵f(-1)=3-1-(-1)2=-<0,
f(0)=30-0=1>0,函数f(x)=3x-x2的图象是连续曲线,所以f(x)在区间[-1,0]内有实数根.
►跟踪训练
1.设函数y=x3与y=x-2的图象的交点为(x0,y0),则x0所在的区间是( )
A.(0,1) B.(1,2)
C.(2,3)D.(3,4)
解析:
令g(x)=x3-22-x,则有g(0)<0,g
(1)<0,g
(2)>0,g(3)>0,g(4)>0.故函数g(x)的零点所在区间为(1,2).选B.
答案:
B
2.已知f=2+log3x,判断函数g=f2+f有无零点,并说明理由.
解析:
∵log3x在区间[1,9]上为增函数,且g(x)=f2(x)+f(x2).
∴1≤x2≤9.
∴1≤x≤3.故g(x)的定义域为[1,3].
g(x)=f2(x)+f(x2)
=4+4log3x+(log3x)2+2+log3x2
=6+6log3x+(log3x)2.
在区间[1,3]上,g(x)也为增函数.
所以g(x)>g
(1)=6,所以g(x)无零点.
二分法的应用
1.对于在区间[a,b]上连续不断,且满足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做二分法.
2.给定精确度ε,用二分法求函数零点近似值的步骤:
(1)确定初始区间[a,b],验证f(a)·f(b)<0,给定精确度ε.
(2)求区间(a,b)的中点x1(将称为区间[a,b]的中点).
(3)计算f(x1):
①若f(x1)=0,则x1是函数的零点;
②若f(a)·f(x1)<0,则令b=x1[此时零点x0∈(a,x1)];
③若f(x1)·f(b)<0,则令a=x1[此时零点x0∈(x1,b)].
(4)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
(2)~(4)步骤.
用二分法求函数f(x)=x3-x-1在区间[1,1.5]内的一个零点(精确度0.1).
解析:
由于f
(1)=1-1-1=-1<0,f(1.5)=3.375-1.5-1=0.875>0,
∴f(x)在区间[1,1.5]上存在零点,
取区间[1,1.5]作为计算的初始区间,
用二分法逐次计算列表如下:
端(中)点
坐标
中点函数值
符号
零点所
在区间
|an-bn|
0.5
1.25
f(1.25)<0
0.25
1.375
f(1.375)>0
0.125
1.3125
f(1.3125)<0
0.0625
∵|1.375-1.3125|=0.0625<0.1,
∴函数的零点落在区间长度小于0.1的区间[1.3125,1.375]内,故函数零点的近似值为1.3.
►跟踪训练
3.利用计算器,列出自变量和函数值的对应值如下表:
x
0.2
0.6
1.0
1.4
1.8
2.2
2.6
3.0
3.4
…
y=2x
1.149
1.516
2.0
2.639
3.482
4.595
6.063
8.0
10.556
…
y=x2
0.04
0.36
1.0
1.96
3.24
4.84
6.76
9.0
11.56
…
那么方程2x=x2的一个根位于下列区间的( )
A.(0.6,1.0)B.(1.4,1.8)
C.(1.8,2.2)D.(2.6,3.0)
解析:
由f(0.6)=1.516-0.36>0,f(1.0)=2.0-1.0>0,故排除A;
由f(1.4)=2.639-1.96>0,f(1.8)=3.482-3.24>0,故排除B;
由f(1.8)=3.482-3.24>0,f(2.2)=4.595-4.84<0,故可确定方程2x=x2的一个根位于下列区间(1.8,2.2),选C.
答案:
C
利用散点图、函数拟合建立函数模型
在没有给出具体模型的问题中,要根据题目中的有关数据描绘出基本草图,然后根据直观性,去和已学过的有关函数图象对照、比较,由此猜测函数模型.在解此类问题的过程中,首先需要在实际的情境中去理解、分析所给的一系列数据,舍弃与解题无关的因素,抽象转化为数学模型.
某县2005—2010年财政收入情况如下:
年份
2005
2006
2007
2008
2009
2010
收入/万元
25899
30504
37997
48898
66800
85000
(1)请建立一个数学模型,预测该县以后几年的财政收入情况;
(2)计算该县财政收入的平均增长率,并结合
(1)分别预测2011年该县财政收入,并讨论哪一种预测结果更具有可行性.
解析:
(1)利用描点法,过A(1,2.59),B(2,3.05),C(3,3.80),D(4,4.89),E(5,6.68),F(6,8.50)画一条光滑的曲线,如下图所示,其中年份第一年为2005年,第二年为2006年,其他依次类推.
通过直观判断函数图象,它可以和前面已学过的两种函数模型进行比较:
模型一:
设f(x)=ax+b(a>0,a≠1),
将A、B、C三点的坐标代入,得
⇒
∴f(x)=1.35x+1.25.
计算得f(4)≈4.57,f(5)≈5.73,f(6)≈7.30,它们与实际的误差分别为0.32,0.95,1.20.
模型二:
设g(x)=ax2+bx+c(a≠0,x≥1),
将A、B、C三点的坐标代入,得
⇒
∴g(x)=0.145x2+0.025x+2.42.
计算得g(4)≈4.84,g(5)≈6.17,g(6)≈7.79,
它们与实际的误差分别为0.05,0.51,0.71.
对两个函数模型进行对比,发现g(x)与实际的误差较小,
所以用函数模型g(x)=0.145x2+0.025x+2.42(x≥1)较好.
(2)设年财政收入平均增长率为a,由2005年和2010年财政收入,则有
2.59(1+a)5=8.5,解得a≈26.83%.
从增长率的角度再建立一个财政收入的数学模型:
h(x)=2.59(1+26.83%)x-1.
用g(x)和h(x)分别预测2011年的财政收入是:
g(7)=9.7(亿元),h(7)=10.78(亿元).
从该县经济发展趋势看,两种预测都有可能,但是选择g(x)模型比较稳妥.