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介值定理和零点定理区别在哪(图解闭区间上连续函数的性质)

100次浏览     发布时间:2024-08-18 09:48:16    

工程问题上,研究连续函数的性质是十分重要的。它可以帮我们在一个可以接受的范围内,给出高次方程的近似解。所以让我们来研究它吧!我尽量图解来提高阅读体验。

既然都说了是研究闭区间上连续函数的性质,那以下性质一定离不开这两个条件了:闭区间连续函数

一.最值定理(了解)

内容:若函数F(x)在闭区间[a,b]上连续,则F(x)在[a,b]上一定能取得最大最小值

思考:为什么要闭区间 和连续函数这两个条件?

我们分开讨论一下吧!

1.为什么要非得闭区间这个条件不可?

那好我改成开区间,会怎样呢?


M为函数在(a,b)的最大值,b1为最小值

假如是开区间,像如图这种情况就取不到最小值了!

2.为什么要非得要连续函数这个条件不可?

我举个例子你就懂了


看~像这种在一定区间有间断点的函数(不连续),就没最大小值。


二.零点定理(重要)

内容:函数F(x)在闭区间[a,b]上连续,且F(a)*F(b)<0,则至少存在一点δ∈(a,b),使得f(δ)=0。


为什么说至少存在一点δ∈(a,b),使得f(δ)=0呢?

画个图就很清晰了。

由图可以看出它是可以存在多个零点的,所以说它至少存在一点δ∈(a,b),使得f(δ)=0。

应用:二分法求解高次方程的近似解(一个无限逼近正确解的过程)。

5次及5次以上方程没有根式解(阿贝尔证明过),在工程问题上一般用二分法求解方程的近似解。


三.介值定理(由零点定理基础上推导而来)

内容:设函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,且f(a)不等于f(b),则在f(a)与f(b)之间的任意一个常数C,至少存在一点δ∈(a,b),使得f(δ)=C。

如图表达:


为什么说介值定理是由零点定理基础上推导而来呢?

我们来利用零点定理一遍:

我们构造一个辅助函数F(x)=f(x)-C

为什么这么构造?

我给个图,直观感受这个变化:

左图为f(x)图,右图为F(x)=f(x)-C图


这就可以把它转成能用零点定理处理的函数了。

由f(x)在[a,b]上连续,且C在f(a)与f(b)之间,则F(x)在[a,b]上连续,F(a)*F(b)<0

用F(x)=f(x)-C做一下替换就得:[f(a)-c]*[f(b)-c]<0.由零点定理可知,至少存在一点δ∈(a,b),使得F(δ)=0,f(δ)-C=0,即f(δ)=C。

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