题目
Problem
f(x)=2secx+6x−30<x<2π
The equation f(x)=0 has a single root α
(a) Show that 0.1<α<0.2
(2)
(b) Show that α is a solution of
x=21−3cosx1
(1)
The iterative formula
xn+1=21−3cosxn1
is used to find α
(c) Starting with x1=0.15 and using the iterative formula,
(i) find, to 4 decimal places, the value of x2
(ii) find, to 4 decimal places, the value of α
(3)
题目中文翻译
f(x)=2secx+6x−30<x<2π
方程 f(x)=0 有一个唯一根 α。
(a) 证明 0.1<α<0.2。
(b) 证明 α 是以下方程的一个解:
x=21−3cosx1
使用迭代公式
xn+1=21−3cosxn1
来求 α。
(c) 从 x1=0.15 开始,并使用该迭代公式:
(i) 求 x2 的值,精确到小数点后 4 位;
(ii) 求 α 的值,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 f(0.1) 和 f(0.2)。由于函数在该闭区间上连续,若两个函数值异号,就可由介值定理说明区间内存在一个根;题目已说明根唯一,因此该根就是 α。
答题过程
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Using radians,
f(0.1)==2sec(0.1)+6(0.1)−3−0.389958…<0,
whereas
f(0.2)==2sec(0.2)+6(0.2)−30.240677…>0.
The function f is continuous on [0.1,0.2]. Since there is a change of sign, there is a root between 0.1 and 0.2.
As the root is unique,
0.1<α<0.2.
(b)
解法一
思路
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从 f(x)=0 出发,把 secx 改写为 cosx1,再把含 x 的线性项移到等号一边,即可自然得到题目给出的迭代形式。
答题过程
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Since α is a root of f(x)=0,
2secα+6α−3=0.
Using secα=cosα1,
6α=α=3−cosα221−3cosα1.
Therefore, α is a solution of
x=21−3cosx1.
(c)(i)
解法一
思路
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把给定的 x1=0.15 直接代入迭代公式。计算时必须使用弧度模式,并在最后才四舍五入到四位小数。
答题过程
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Using x1=0.15,
x2===21−3cosx1121−3cos(0.15)10.162881….
Therefore,
x2=0.1629
to four decimal places.
(c)(ii)
解法一
思路
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继续使用同一迭代公式,直到连续两次迭代所得数值在四位小数下相同。保留中间值可以清楚表明答案来自迭代,而不是直接使用方程求解功能。
答题过程
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Continuing the iteration,
n123456xn0.1500000.1628810.1621960.1622340.1622310.162232
The values have converged to four decimal places. Hence
α=0.1622.