首先,分析分段函数 f(x) 的定义:
f(x)={e−x+2020,2021,x≤0x>0
要解 f(x2−3)≤f(−2x),需先确定 x2−3 和 −2x 所在的区间(因为 f(x) 的分段由 x≤0 或 x>0 决定)。
x2−3 的符号由 x2 与 3 的大小决定:
−2x 的符号由 x 的正负决定:
根据 x 的正负和 x2−3 的符号,将 x 分为 x<0、0≤x≤3、x>3 三类,分别分析:
此时 −2x>0(因 x 负,−2x 正),故 f(−2x)=2021。
对于 f(x2−3):
f(x2−3)=2021,f(−2x)=2021,不等式 2021≤2021 恒成立,故 x<−3 是解。
f(x2−3)=e−(x2−3)+2020,f(−2x)=2021,需满足:
e−(x2−3)+2020≤2021
化简得:
e−(x2−3)≤1
因指数函数 et 单调递增,故 −(x2−3)≤0,即 x2≥3。但此子情况中 ∣x∣≤3,即 x2≤3,仅当 x2=3 时等式成立。
x<0,故 x=−3。此时 f(x2−3)=e0+2020=2021,f(−2x)=2021,满足 2021≤2021。因此,x=−3 是解。
此时 −2x≤0(因 x≥0,−2x≤0),故 f(−2x)=e2x+2020。
对于 f(x2−3):
因 0≤x≤3,则 x2≤3,故 x2−3≤0,f(x2−3)=e−(x2−3)+2020。
不等式变为:
e−(x2−3)+2020≤e2x+2020
两边消去2020,得:
e−(x2−3)≤e2x
因指数函数单调递增,故:
−(x2−3)≤2x
化简得:
x2+2x−3≥0
解二次不等式 x2+2x−3≥0,因式分解为 (x+3)(x−1)≥0,解得 x≤−3 或 x≥1。
但此情况中 0≤x≤3(3≈1.732),故 x≥1 且 x≤3,即 1≤x≤3。
此时 x2−3>0,故 f(x2−3)=2021;
又 x>0,故 −2x<0,f(−2x)=e2x+2020。
不等式变为:
2021≤e2x+2020
化简得:
e2x≥1
因指数函数单调递增,故 2x≥0,即 x≥0,此情况中 x>3 已满足,故 x>3 是解。
综合三类情况的解:
合并后,解集为 x≤−3 或 x≥1。
满足 f(x2−3)≤f(−2x) 的 x 的取值集合为 (−∞,−3]∪[1,+∞)。
(−∞,−3]∪[1,+∞)
要解决不等式 f(x2−3)≤f(−2x)(其中 f(x) 是分段函数),需先分析函数定义,再分情况讨论参数范围。
f(x)={e−x+2020,2021,x≤0x>0
需根据 x2−3 和 −2x 的符号,确定它们所在的区间(x≤0 或 x>0):
f(x2−3):
f(−2x):
根据 x 的正负和 x2−3 的符号,将 x 分为 x<0、0≤x≤3、x>3 三类,逐一分析:
此时 −2x>0(因 x 负,−2x 正),故 f(−2x)=2021。
对 f(x2−3) 进一步分两类:
子情况1.1:x<−3
x2−3>0,故 f(x2−3)=2021。
不等式变为 2021≤2021,恒成立,因此 x<−3 是解。
子情况1.2:−3≤x<0
x2−3≤0,故 f(x2−3)=e−(x2−3)+2020。
不等式变为 e−(x2−3)+2020≤2021,化简得 e−(x2−3)≤1。
因指数函数 et 单调递增,故 −(x2−3)≤0,即 x2≥3。
但此子情况中 ∣x∣≤3(即 x2≤3),仅当 x2=3 时等式成立。
因 x<0,故 x=−3。此时 f(x2−3)=e0+2020=2021,f(−2x)=2021,满足 2021≤2021,因此 x=−3 是解。
此时 −2x≤0(因 x≥0,−2x≤0),故 f(−2x)=e2x+2020。
因 0≤x≤3,则 x2≤3,故 x2−3≤0,f(x2−3)=e−(x2−3)+2020。
不等式变为 e−(x2−3)+2020≤e2x+2020,消去2020后得 e−(x2−3)≤e2x。
因指数函数单调递增,故 −(x2−3)≤2x,化简得 x2+2x−3≥0。
解二次不等式 x2+2x−3≥0:
因式分解为 (x+3)(x−1)≥0,解得 x≤−3 或 x≥1。
结合此情况的范围 0≤x≤3,得 1≤x≤3 是解。
此时 x2−3>0,故 f(x2−3)=2021;
又 x>0,故 −2x<0,f(−2x)=e2x+2020。
不等式变为 2021≤e2x+2020,化简得 e2x≥1。
因指数函数单调递增,故 2x≥0,即 x≥0,此情况中 x>3 已满足,因此 x>3 是解。
综合三类情况的解:
合并后,解集为 (−∞,−3]∪[1,+∞)。
(−∞,−3]∪[1,+∞)