题目
Problem
Given that
y=(2x2−3)tan(21x)0<x<π
dxdy=0 when x=α.
(a) show that
2α2−3+4αsinα=0
(6)
The iterative formula
xn+1=2xn+4sinxn3
can be used to find an approximation for α.
(b) Taking x1=0.7, find the values of x2 and x3, giving each answer to 4 decimal places.
(2)
(c) By choosing a suitable interval and a suitable function that should be stated, show that α=0.7283 to 4 decimal places.
(2)
题目中文翻译
已知
y=(2x2−3)tan(21x)0<x<π
并且当 x=α 时,dxdy=0。
(a) 证明
2α2−3+4αsinα=0
可用迭代公式
xn+1=2xn+4sinxn3
求 α 的近似值。
(b) 取 x1=0.7,求 x2 和 x3,每个答案保留 4 位小数。
(c) 选取适当区间和适当函数并写明,证明 α=0.7283,精确到 4 位小数。
解答
(a)
解法一
思路
展开
先对两个因子的乘积求导,并对 tan(21x) 使用链式法则。令 x=α 且导数为 0 后,把正切和正割写成正弦、余弦,再用二倍角公式自然推出题目要求的等式。
答题过程
展开
Using the product rule and the chain rule,
dxdy=4xtan(2x)+21(2x2−3)sec2(2x).
When x=α,
dxdy=0. Hence
4αtan(2α)+21(2α2−3)sec2(2α)=0.
Multiplying by
2cos2(2α) gives
8αsin(2α)cos(2α)+(2α2−3)=0.
Using
2sin(2α)cos(2α)=sinα,
we obtain
4αsinα+2α2−3=0.
Therefore,
2α2−3+4αsinα=0.
(b)
解法一
思路
展开
严格按照给定公式,把 x1=0.7 代入求 x2,再把未过早取整的 x2 代入求 x3。最终才把两个答案分别保留四位小数。
答题过程
展开
Using x1=0.7,
x2==2(0.7)+4sin(0.7)30.754361956…
Therefore,
x3==2x2+4sinx230.706211472…
Hence, to 4 decimal places,
x2=0.7544,x3=0.7062.
(c)
解法一
思路
展开
定义 (a) 左边对应的连续函数,并选取四位小数舍入边界 0.72825 与 0.72835。若端点函数值异号,便能确定根严格位于两者之间,从而四舍五入为 0.7283。本小题不能只继续做重复迭代。
答题过程
展开
Let
f(x)=2x2−3+4xsinx.
This function is continuous. At the endpoints of the interval,
f(0.72825)==2(0.72825)2−3+4(0.72825)sin(0.72825)−0.00051431…,
whereas
f(0.72835)==2(0.72835)2−3+4(0.72835)sin(0.72835)0.00026066….
Since there is a change of sign,
0.72825<α<0.72835.
Therefore, to 4 decimal places,
α=0.7283.