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关于函数$f(x)=\sqrt{x-6\sinh(\ln(x))}$定义域求解的疑问

分析你的定义域计算差异

先拆解这个问题,我们一步步来梳理:

首先,先化简函数里的$\sinh(\ln(x))$部分——根据双曲正弦的定义$\sinh(t) = \frac{e^t - e^{-t}}{2}$,代入$t=\ln(x)$(这里注意:实数域内$\ln(x)$的定义域是$x>0$,但你的正确解包含负数,说明题目里的$\ln(x)$应该是$\ln|x|$,大概率是输入时遗漏了绝对值,这是第一个关键点):

  • 当$x>0$时,$\sinh(\ln(x)) = \frac{e^{\ln x} - e^{-\ln x}}{2} = \frac{x - \frac{1}{x}}{2}$
  • 当$x<0$时,$\sinh(\ln|x|) = \sinh(\ln(-x)) = \frac{(-x) - \frac{1}{-x}}{2} = \frac{-x + \frac{1}{x}}{2}$

接下来看根号内的表达式非负的要求:

情况1:$x>0$

代入化简后的$\sinh(\ln(x))$,根号内的式子为:
$$
x - 6 \times \frac{x - \frac{1}{x}}{2} = x - 3\left(x - \frac{1}{x}\right) = -2x + \frac{3}{x}
$$
要求$-2x + \frac{3}{x} \geq 0$,这里不能直接两边乘$x$就完事——因为$x>0$,乘$x$后不等号方向不变:
$$
-2x^2 + 3 \geq 0 \implies x^2 \leq \frac{3}{2}
$$
结合$x>0$,得到$0 < x \leq \sqrt{\frac{3}{2}}$,这和正确解的一部分匹配。

情况2:$x<0$(对应$\ln|x|$的情况)

代入$\sinh(\ln|x|)$,根号内的式子为:
$$
x - 6 \times \frac{-x + \frac{1}{x}}{2} = x - 3\left(-x + \frac{1}{x}\right) = 4x - \frac{3}{x}
$$
要求$4x - \frac{3}{x} \geq 0$,此时$x<0$,乘$x$后不等号方向必须反转
$$
4x^2 - 3 \leq 0 \implies x^2 \leq \frac{3}{2}
$$
结合$x<0$,得到$x \leq -\sqrt{\frac{3}{2}}$,这就是正确解的另一部分。

你的错误根源

你得到$x \leq \pm\sqrt{\frac{3}{2}}$,主要犯了两个关键错误:

  • 忽略了定义域的前提:如果是$\ln(x)$,负数$x$根本不在$\ln(x)$的定义域内;如果是$\ln|x|$,你错误地把$x<0$时的$\sinh$化简和$x>0$的情况混为一谈,用错了表达式。
  • 解不等式时没考虑$x$的正负:直接对$-2x + \frac{3}{x} \geq 0$两边乘$x$却不改变不等号方向,也没拆分$x>0$和$x<0$的情况,导致得到了错误的范围,还把负数和正数的情况错误合并成了$x \leq \pm\sqrt{\frac{3}{2}}$——实际上$\pm\sqrt{\frac{3}{2}}$是两个独立的区间,不能写成这种不严谨的形式。

内容的提问来源于stack exchange,提问作者B.C.W.

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