解析二分法求方程f(x)=0在區間「a,b」內近似值的解題步驟

2020-12-27 玉w頭說教育

取[a,b]的中點x=1/2 (a+b),將區間一分為二

用二分法求方程的近似解時會給出近似值與精確值的差的絕對值的範圍,即給出精確度的大小;

在使用二分法求方程的近似解時還要找到這個方程的解存在的區間,因為並不是所有的題都給出區間;

找到該方程的區間後,求出這個區間的中點,將區間分為兩個區間,方程的解只能在這個區間中的一個區間上,這樣就縮小了區間的範圍,不斷的取中點就不斷地接近真實的值。

例題:

圖一

從圖中我們可以看出用二分法求方程的近似解時是因為這個方程很難用正常的方法求出結果,所以才選擇用二分法求方程的近似解;

這個方程沒有給出區間,所以我們要通過計算器來求的各個值來列表,通過列表給出的值來確定該方程的區間。

通過圖表我們不難看出x在區間[1,2]內是與x軸有交點的,所以該方程的區間就是[1,2],取該區間的中點x0=(1+2)/2=1.5,就將區間分為[1,1.5]和[1.5,2]兩個區間,因為這個方程是單調遞增的函數,所以方程的真實值就在這兩個區間中的某一個區間上。

這裡也可以用求導的方式來判斷該方程在區間的單調性,從而知道該方程與x軸有幾個交點,也更方便確定真實值所在的區間。

判斷f(x0)的大小

如果f(x0)=0,則x0就是這個方程的解,下面就不需要在計算了;

如果f(a)f(x0)>0,則真實值在區間[x0,b]上,這個區間不再是[a,b]而是[x0,b];

如果f(a)f(x0)<0,則真實值在區間[a,x0]上,這個區間就變成了[a,x0]。

例如,圖一例題用計算器求出f(x0)≈0.33,我們會發現f(1)f(x0)<0,所以該方程的區間就變成了[1,1.5],縮小了真實值區間的範圍。

計算終止取決於區間端點差的絕對值與精確度的大小

每個這樣的題中都會給出精確度,我們要判斷縮小後的區間端點的差的絕對值是否小於精確度,即|a-b|<c(c為精確度),如果滿足|a-b|<c計算終止,如果沒有滿足|a-b|<c就再重複前兩個步驟。

例如,圖一上的題我們可以判斷|1.5-1|是否小於精確度,如果不小於精確度就要重複上述的兩個步驟繼續計算。即:|1.5-1|=0.5>0.1,所以要繼續計算。取[1,1.5]的中點x1=(1+1.5)/2=1.25,在用計算器計算f(1.25)≈-0.87;判斷f(1)f(1.25)>0,所以該方程的區間為[1.25,1.5],再驗證|1.5-1.25|=0.25>0.1,所以仍不能計算終止,再重複上兩個步驟。

上述的過程不斷的循壞直至區間端點的差的絕對值小於精確度時為止,然後再在符合的區間中任選一個值最為這個方程的解的近似值。

總結

難以計算的方程一般情況下才會使用二分法來求方程的解;

在計算時,要先確定該方程真實值所在的區間和該方程與x軸的交點個數;

取區間的中點,判斷真實值在哪個區間中,不斷縮小區間的範圍,直至該區間範圍在精確度內;

在符合的區間內取任意值都可以作為這個方程的近似解。

上述是講解二分法求方程的近似解的詳細過程,希望大家喜歡,如不喜歡,不要踩,這些內容對您可能沒有用,但是仍有人需要它,不要扼殺知識的傳播者,謝謝!

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