已知函数f(x)={x2+4x⩾04x−x2<0f(x)=\begin{cases}{x}^{2}+4x\geqslant 0 \\ 4x-{x}^{2} < 0\end{cases} ,若f(2−a2)>f(a)f\left(2-{a}^{2}\right) > f\left(a\right) ,则实数aa的取值范围是()()
A. (−∞,−1)∪(2,+∞)(-∞,-1)∪(2,+∞)
B. (−1,2)(-1,2)
C. (−2,1)(-2,1)
D. (−∞,−2)∪(1,+∞)(-∞,-2)∪(1,+∞)

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完整解法

1. 分析分段函数 $f(x)$ 的单调性

由题意,分段函数为:
f(x)={x2+4x,x⩾04x−x2,x<0f(x)=\begin{cases} x^2+4x, & x \geqslant 0 \\ 4x-x^2, & x < 0 \end{cases}
当 x⩾0x \geqslant 0 时,f(x)=x2+4x=(x+2)2−4f(x) = x^2+4x = (x+2)^2 - 4,其对称轴为 x=−2x = -2,在 [0,+∞)[0, +\infty) 上单调递增,且 f(0)=0f(0) = 0;
当 x<0x < 0 时,f(x)=4x−x2=−(x−2)2+4f(x) = 4x-x^2 = -(x-2)^2 + 4,其对称轴为 x=2x = 2,在 (−∞,0)(-\infty, 0) 上单调递增,且当 x→0−x \to 0^- 时,f(x)→0f(x) \to 0。
因为 lim⁡x→0−f(x)=0=f(0)\lim_{x \to 0^-} f(x) = 0 = f(0),所以函数 f(x)f(x) 在整个实数集 R\mathbb{R} 上是单调递增函数。

2. 利用单调性转化函数值不等式为自变量不等式

因为 f(x)f(x) 在 R\mathbb{R} 上是单调递增函数,
所以由 f(2−a2)>f(a)f(2-a^2) > f(a) 可得:
2−a2>a2-a^2 > a

3. 求解一元二次不等式得出实数 $a$ 的范围

将不等式 2−a2>a2-a^2 > a 移项整理得:
a2+a−2<0a^2 + a - 2 < 0
因式分解得:
(a+2)(a−1)<0(a+2)(a-1) < 0
解得:
−2<a<1-2 < a < 1
即实数 aa 的取值范围是 (−2,1)(-2, 1),对应选项 C。

答案

C

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