高等数学中“方程”根的问题

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  摘 要:在高等數学的学习中会涉及到“根”的问题,如何正确区分是方程的“根”还是“导函数”方程的根,以及“根”的存在性、唯一性;以及如何求出“根”,需要深入分析研究。本文通过对高等数学教材中涉猎到的涵盖“根”问题的相关知识点进行了归纳梳理总结,以便达到清晰思路,举一反三,精准解决问题的目的。
  关键词:高等数学;根;导函数方程
  高等数学学习中 “根”的问题,是高等数学教学中一个非常重要的内容,也是一个难点所在。首先要明确是方程的根还是导函数方程的根,因为不同类型方程的根将会采用不同的解题原理。我们梳理了一下,总结出有以下两部分的知识点中涵盖“根”的问题。(1)闭区间上连续函数的性质(2)微分中值定理。如果我们能够在教学中把各种知识点中“根”的问题进行归类,无疑对学生系统掌握知识,运用知识,清晰思路都是非常好的一件事情,而且能帮助学生突破这个难点。
  一、方程根的问题
  在“闭区间上连续函数的性质”这一节讲到“方程的根”,解决方案是“零点定理”。
  如果函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,且f(a)与f(b)异号,那么函数f(x)在开区间(a,b)内至少有一个零点,即至少存在一点使得
  所以当我们判断出是要求“方程根”的问题,我们就会选择“零点定理”来解决。注意做题时首先要构造“辅助函数”,再去检验这个函数满不满足“零点定理的条件,如果满足就直接用,如果不满足就创造条件用。
  例1.证明方程在内(0,1)恰好有一个实根
  分析:这个题目需要证明“存在性”和“唯一性”两个方面。
  二、导函数方程根的问题
  在“微分中值定理”这一节讲到“导函数方程的根”,解决方案是“罗尔定理”。
  例1.设函数 f(x)=(x-1)(x-2)(x-3),试判断方程 f '(x)=0 有几个实根,分别在何区间?
  分析:罗尔定理常用于讨论导函数零点的存在性。
  通过 f(a)=f(b)找出 f(x)连续、可导的区间;再利用罗尔定理判断导数方程根的个数。
  因为 f(1)= f(2)= f(3)=0 接着判断 f(x)在[1,2]、[2,3]上是否符合罗尔定理。
  解:因为 f(1)= f(2)= f(3),
  且f(x)在[1,2]上连续
  在(1,2)内可导,由罗尔定理,$x1?(1,2),使 f?(x1)=0
  同理,$x2?(2,3),使 f '(x2)=0
  故 f '(x)=0有两个实根
  又因 f '(x)=0是二次方程,至多两个实根
  一般地,n次实系数多项式至多有n个实根
  故f '(x)=0有两个实根,分别位于(1,2)和(2,3)内.
  综上:(1)导函数方程根的问题用罗尔定理(2)方程根的问题用零点定理(3)根的个数问题用单调性论证。
  参考文献
  [1] 同济大学数学教研室主编.高等数学[M].北京:高等教育出版社,1992.
  [2] 杨晋浩,张勇,罗钊.高等数学(上册)[M].北京:科学出版社,2010.
  [3] 罗钊,韩天勇,王伟钧.高等数学(下册)[M].北京:科学出版社,2010.
  作者简介:吴文前 成都大学信息科学与工程学院副教授,硕士。研究方向:数学教育。
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