题目
Problem
A curve has equation y=f(x) where
f(x)=x2−5x+exx∈R
(a) Show that the equation f(x)=0 has a root, α, in the interval [1,2]
(2)
The iterative formula
xn+1=5xn−exn
with x1=1 is used to find an approximate value for the root α.
(b) (i) Find the value of x2 to 4 decimal places.
(ii) Find, by repeated iteration, the value of α, giving your answer to 4 decimal places.
(3)
题目中文翻译
一条曲线的方程为 y=f(x),其中
f(x)=x2−5x+exx∈R
(a) 证明方程 f(x)=0 在区间 [1,2] 内有一个根 α。
使用迭代公式
xn+1=5xn−exn
且 x1=1,来求根 α 的近似值。
(b) (i) 求 x2 的值,精确到小数点后 4 位。
(ii) 用重复迭代求 α 的值,答案精确到小数点后 4 位。
解答
(a)
解法一
思路
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分别计算区间两个端点处的函数值并比较符号。由于多项式函数与指数函数都连续,f 在 [1,2] 上连续;若端点函数值异号,便可由介值定理证明区间内存在根。
答题过程
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At the endpoints of the interval,
f(1)===12−5(1)+ee−4−1.2817…<0,
whereas
f(2)===22−5(2)+e2e2−61.3891…>0.
The function f is continuous on [1,2]. Since f(1) and f(2) have opposite signs, there is a root α in [1,2] by the Intermediate Value Theorem.
(b)(i)
解法一
思路
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把初值 x1=1 代入题目给出的正确迭代公式,直接计算 x2。
答题过程
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Using x1=1,
x2===5x1−ex15−e1.510535…
Therefore, to 4 decimal places,
x2=1.5105.
(b)(ii)
解法一
思路
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继续使用同一迭代公式。必须展示若干次迭代,而不能只给出计算器产生的最终值;当连续迭代值精确到小数点后 4 位均为同一个数时,即可写出近似根。
答题过程
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Repeated use of
xn+1=5xn−exn
gives
x2=x3=x4=x5=x6=x7=x8=x9=1.5105357…1.7388278…1.7330522…1.7341754…1.7339613…1.7340023…1.7339945…1.7339960…
The iterates have converged to the same value to 4 decimal places. Hence,
α=1.7340.