题目
12、证明方程^5+x-1=0只有一个正根。
12、证明方程
只有一个正根。
题目解答
答案
证明:令
,
则
即函数
在区间
上单调递增
又∵
∴函数
在区间
上有一个零点
∴方程
在区间
内有唯一的实数解
即方程
只有一个正根
解析
考查要点:本题主要考查利用导数判断函数单调性,结合介值定理证明方程根的唯一性。
解题核心思路:
- 构造函数:将方程转化为函数形式$f(x) = x^5 + x - 1$。
- 分析单调性:通过求导证明函数在整个定义域内严格递增,从而保证方程最多有一个实根。
- 存在性证明:通过计算特定点的函数值(如$f(0)$和$f(1)$),结合介值定理证明在区间$(0,1)$内存在一个零点。
- 唯一性结论:结合单调性和存在性,得出方程在正实数范围内仅有一个根。
破题关键点:
- 导数恒正:$f'(x) = 5x^4 + 1 > 0$,说明函数严格递增。
- 区间端点函数值符号变化:$f(0) < 0$且$f(1) > 0$,确保存在零点。
步骤1:构造函数并求导
令$f(x) = x^5 + x - 1$,则其导数为:
$f'(x) = 5x^4 + 1$
由于$x^4 \geq 0$,故$f'(x) = 5x^4 + 1 \geq 1 > 0$,说明$f(x)$在$\mathbb{R}$上严格递增。
步骤2:分析函数值的变化
计算特定点的函数值:
- 当$x = 0$时,$f(0) = 0^5 + 0 - 1 = -1 < 0$;
- 当$x = 1$时,$f(1) = 1^5 + 1 - 1 = 1 > 0$。
步骤3:应用介值定理
由于$f(x)$在区间$[0,1]$上连续,且$f(0) < 0$,$f(1) > 0$,根据介值定理,存在唯一的$x_0 \in (0,1)$,使得$f(x_0) = 0$。
步骤4:唯一性证明
因为$f(x)$严格递增,当$x > x_0$时,$f(x) > f(x_0) = 0$;当$x < x_0$时,$f(x) < f(x_0) = 0$。因此,方程$x^5 + x - 1 = 0$在正实数范围内仅有一个解$x_0$。