下列区间中,使方程 x^3 - 4x^2 + 1 = 0 至少有一个根的区间是A. (1, 2)B. (2, 3)C. (0, 1)D. (0, (1)/(2))
下列区间中,使方程 $x^3 - 4x^2 + 1 = 0$ 至少有一个根的区间是 A. $(1, 2)$ B. $(2, 3)$ C. $(0, 1)$ D. $\left(0, \frac{1}{2}\right)$
题目解答
答案
我们要求判断方程
$x^3 - 4x^2 + 1 = 0$
在哪个区间中至少有一个实根。
我们可以使用介值定理(Intermediate Value Theorem)来判断:
如果函数 $ f(x) $ 在闭区间 $[a, b]$ 上连续,且 $ f(a) $ 与 $ f(b) $ 异号(即一正一负),
那么在开区间 $ (a, b) $ 内至少存在一个实根。
第一步:定义函数
令
$f(x) = x^3 - 4x^2 + 1$
这是一个多项式函数,处处连续,满足介值定理的条件。
我们只需在各个选项的区间端点计算函数值,看是否变号。
选项 A:$(1, 2)$
计算 $ f(1) $ 和 $ f(2) $:
- $ f(1) = (1)^3 - 4(1)^2 + 1 = 1 - 4 + 1 = -2 $
- $ f(2) = (2)^3 - 4(2)^2 + 1 = 8 - 16 + 1 = -7 $
两者都为负,没有变号,所以不能确定在 $ (1,2) $ 内有根。
(注意:不能排除有两个根的可能,但介值定理无法保证有根)
→ 排除 A
选项 B:$(2, 3)$
- $ f(2) = -7 $(已算)
- $ f(3) = (3)^3 - 4(3)^2 + 1 = 27 - 36 + 1 = -8 $
都是负数,没有变号。
→ 排除 B
选项 C:$(0, 1)$
- $ f(0) = 0^3 - 4\cdot0^2 + 1 = 1 $
- $ f(1) = -2 $(已算)
$ f(0) = 1 > 0 $,$ f(1) = -2 < 0 $,符号由正变负,函数连续,
根据介值定理,在 $ (0,1) $ 内至少有一个实根。
→ C 是正确答案的候选
选项 D:$\left(0, \frac{1}{2}\right)$
我们检查这个区间是否也可能有根,但题目只要求“至少有一个根”的区间,可能有多个正确,但通常单选。
计算:
- $ f(0) = 1 > 0 $
- $ f\left(\frac{1}{2}\right) = \left(\frac{1}{2}\right)^3 - 4\left(\frac{1}{2}\right)^2 + 1 = \frac{1}{8} - 4 \cdot \frac{1}{4} + 1 = \frac{1}{8} - 1 + 1 = \frac{1}{8} > 0 $
所以 $ f(0) = 1 > 0 $,$ f(0.5) = 0.125 > 0 $,没有变号,
因此在 $ (0, 0.5) $ 内无法保证有根
→ 排除 D
结论:
只有选项 C:$(0,1)$ 满足函数值在端点异号,
因此根据介值定理,方程在该区间至少有一个实根。
答案:
$\boxed{\text{C}}$