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二、二分法求零点

函数零点、函数模型与二次函数 · 高一
先确认一下:这一关能不能学
先会这个
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 利用函数连续及零点存在性定理,通过不断将区间对半分割来逼近方程实根的方法。

从哪来 本知识点建立在“函数零点存在性定理”(若函数在闭区间连续且端点函数值异号,则区间内至少存在一个零点)之上。

为什么 核心逻辑是“缩小范围”。因为连续函数在零点两侧符号相反,所以只要判断中点函数值的符号,就能确定零点落在左半区间还是右半区间。每操作一次,误差范围减半,通过有限次迭代即可将误差控制在指定精度内。

讲法
适合:逻辑严密、喜欢算法思维的学生 采用“程序化”视角。将过程拆解为固定步骤:1. 输入区间 $[a,b]$ 和精度 $\epsilon$;2. 计算中点 $m$;3. 判断 $f(m)$ 符号;4. 若 $f(a)f(m)<0$ 则 $b=m$,否则 $a=m$;5. 若 $b-a < \epsilon$ 停止,否则循环。强调这是一种通用的数值计算算法,与具体函数解析式无关。
讲法
适合:直观形象、空间感强的学生 采用“夹逼”视角。想象零点是一个藏在盒子里的球,盒子长度为 $L$。每次取中点切一刀,看哪半边有“异号”迹象(即球在哪边),就扔掉另一边。盒子长度变为 $L/2, L/4, L/8...$ 最终盒子小到一定程度,盒子里的球位置就确定了。强调“不断缩小包围圈”的过程。
讲法
适合:基础薄弱、需要具体情境的学生 采用“找温度”视角。假设你在调节空调,设定目标温度是 25 度。当前显示 20 度(太低),你调高到 30 度(太高)。二分法就是每次调一半:25 度?如果显示 22 度(还是低),就在 25-30 之间找;如果显示 28 度(高了),就在 20-25 之间找。通过不断试错和范围缩小,最终锁定 25 度。
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练一道
基础题
已知函数 $f(x) = x^3 - x - 1$ 在区间 $[1, 2]$ 上有一个零点,请用二分法求该零点的近似值,精确度为 0.1。
变式
用二分法求方程 $2^x + 3x = 7$ 的近似解,精确度为 0.1。
试试手自己判
检测题
用二分法求方程 $x^2 - 2 = 0$ 的正根近似值,精确度为 0.1。
看答案和判分标准
答案:1.4
判对标准:
1. 学生列出初始区间 $[1, 2]$(因为 $1^2-2<0, 2^2-2>0$)。
2. 学生至少进行 3 次二分操作,直到区间长度小于 0.1。
3. 最终给出的数值在 $[1.375, 1.5]$ 之间(或更窄的区间内),且明确说明这是近似值。
4. 若学生直接给出 $\sqrt{2} \approx 1.414$ 而未展示二分过程,判错。
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