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Algebra · real student question

解不等式 2 < |x + 1| ≤ 3。

Question

解不等式

2<∣x+1∣≤32<|x+1|\le3

Step-by-step solution

  1. 把连写的不等式拆成两个条件。 夹在中间的绝对值不等式,本质上是一个交集:

    ∣x+1∣>2且∣x+1∣≤3|x+1|>2\qquad\textbf{且}\qquad |x+1|\le3

    这两者的行为正好相反 —— 「大于」向外张开,「小于」向内收拢 —— 所以必须分别解,再取交集。

  2. 先解「大于」那一半。 当 c>0c>0 时,∣A∣>c|A|>c 意味着 A>cA>c 或 A<−cA<-c:

    x+1>2 或 x+1<−2⟹x>1 或 x<−3x+1>2\ \text{或}\ x+1<-2\qquad\Longrightarrow\qquad x>1\ \text{或}\ x<-3

    这是两条射线的并集 —— 也就是离 −1-1 较远的那些点。

  3. 再解「不超过」那一半。 ∣A∣≤c|A|\le c 意味着 −c≤A≤c-c\le A\le c:

    −3≤x+1≤3⟹−4≤x≤2-3\le x+1\le3\qquad\Longrightarrow\qquad -4\le x\le2

    这是一条完整的区间带 —— 离 −1-1 较近的那些点。

  4. 逐块取交集。 拿每条射线去和这条带子相交:

    • x>1x>1 与 −4≤x≤2-4\le x\le2 交出 1<x≤21<x\le2
    • x<−3x<-3 与 −4≤x≤2-4\le x\le2 交出 −4≤x<−3-4\le x<-3
  5. 从距离的角度读这个答案。 ∣x+1∣|x+1| 就是 xx 到 −1-1 的距离,所以这个不等式要找的是距离大于 22 而至多为 33 的点 —— 相当于数轴上的一个圆环。两侧各贡献一段长度为 11 的区间:

    [−4,−3)∪(1,2][-4,-3)\cup(1,2]

    注意括号的搭配:外端是闭的(来自 ≤3\le3),内端是开的(来自严格的 >2>2)。

  6. 扫描式验证。 在 [−6,6][-6,6] 上取 12,00112{,}001 个精确有理数点测试,2<∣x+1∣≤32<|x+1|\le3 恰好在 [−4,−3)∪(1,2][-4,-3)\cup(1,2] 的点上成立,别处都不成立 ✓。端点单独检查:x=−4x=-4 时 ∣x+1∣=3|x+1|=3 ✓,应当包含;x=−3x=-3 时 ∣x+1∣=2|x+1|=2 ✗,必须排除。

Answer

[−4,−3)∪(1,2][-4,-3)\cup(1,2]

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