已知不等式a+3b⩽∣x2−1∣a+ \sqrt{3}b\leqslant \left|{x}^{2}-1\right| 对于满足条件a2+b2=1{a}^{2}+{b}^{2}=1 的任意实数aa,bb恒成立,实数xx的取值范围是 .

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完整解法

1. 利用三角代换求出 $a + \sqrt{3}b$ 的最大值

因为 a2+b2=1a^2 + b^2 = 1,所以可以设 a=sin⁡θ,b=cos⁡θa = \sin\theta, b = \cos\theta(其中 θ∈R\theta \in \mathbb{R})。
将其代入待求式,得:
a+3b=sin⁡θ+3cos⁡θ=2sin⁡(θ+π3)a + \sqrt{3}b = \sin\theta + \sqrt{3}\cos\theta = 2\sin\left(\theta + \frac{\pi}{3}\right)
因为 sin⁡(θ+π3)⩽1\sin\left(\theta + \frac{\pi}{3}\right) \leqslant 1,所以 a+3ba + \sqrt{3}b 的最大值为 22。

2. 将恒成立问题转化为关于 $x$ 的不等式

根据题意,不等式 a+3b⩽∣x2−1∣a + \sqrt{3}b \leqslant |x^2 - 1| 对于满足条件 a2+b2=1a^2 + b^2 = 1 的任意实数 a,ba, b 恒成立。
这等价于 a+3ba + \sqrt{3}b 的最大值不超过 ∣x2−1∣|x^2 - 1|。
因此,有:
∣x2−1∣⩾2|x^2 - 1| \geqslant 2

3. 求解含绝对值的一元二次不等式得到 $x$ 的范围

由 ∣x2−1∣⩾2|x^2 - 1| \geqslant 2 可得:
x2−1⩾2或x2−1⩽−2x^2 - 1 \geqslant 2 \quad \text{或} \quad x^2 - 1 \leqslant -2

  1. 解 x2−1⩾2x^2 - 1 \geqslant 2 得 x2⩾3x^2 \geqslant 3,解得 x⩽−3x \leqslant -\sqrt{3} 或 x⩾3x \geqslant \sqrt{3};
  2. 解 x2−1⩽−2x^2 - 1 \leqslant -2 得 x2⩽−1x^2 \leqslant -1,此方程在实数范围内无解。
    综上所述,实数 xx 的取值范围是 x⩽−3x \leqslant -\sqrt{3} 或 x⩾3x \geqslant \sqrt{3}。
答案

x⩽−3x \leqslant -\sqrt{3} 或 x⩾3x \geqslant \sqrt{3}

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