设函数f(x)=6−∣x+a∣−∣x+1∣f(x)=6-|x+a|-|x+1|. ((Ⅰ))当a=−3a=-3时,求不等式f(x)⩾0f(x)\geqslant 0的解集; ((Ⅱ))若f(x)⩽0f(x)\leqslant 0恒成立,求aa的取值范围.

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完整解法

(Ⅰ)

1. 代入 $a=-3$ 并整理不等式形式

当 a=−3a=-3 时,函数 f(x)=6−∣x−3∣−∣x+1∣f(x)=6-|x-3|-|x+1|。
不等式 f(x)⩾0f(x)\geqslant 0 即为 6−∣x−3∣−∣x+1∣⩾06-|x-3|-|x+1|\geqslant 0,等价于 ∣x−3∣+∣x+1∣⩽6|x-3|+|x+1|\leqslant 6。

2. 分区间讨论去掉绝对值并分别求解

令绝对值内的式子为 00,得到分界点为 x=−1x=-1 和 x=3x=3。
① 当 x⩽−1x\leqslant -1 时,原不等式化为 −(x−3)−(x+1)⩽6-(x-3)-(x+1)\leqslant 6,即 −2x+2⩽6-2x+2\leqslant 6,解得 x⩾−2x\geqslant -2,结合区间有 −2⩽x⩽−1-2\leqslant x\leqslant -1;
② 当 −1<x⩽3-1 < x\leqslant 3 时,原不等式化为 −(x−3)+(x+1)⩽6-(x-3)+(x+1)\leqslant 6,即 4⩽64\leqslant 6 恒成立,结合区间有 −1<x⩽3-1 < x\leqslant 3;
③ 当 x>3x > 3 时,原不等式化为 (x−3)+(x+1)⩽6(x-3)+(x+1)\leqslant 6,即 2x−2⩽62x-2\leqslant 6,解得 x⩽4x\leqslant 4,结合区间有 3<x⩽43 < x\leqslant 4。

3. 取并集得出最终解集

综合上述三种情况,取并集得到不等式的解集为 [−2,4][-2, 4]。

答案

[−2,4][-2, 4](或 {x∣−2⩽x⩽4}\{x|-2\leqslant x\leqslant 4\})

(Ⅱ)

1. 将恒成立问题进行等价转化

若 f(x)⩽0f(x)\leqslant 0 恒成立,即 6−∣x+a∣−∣x+1∣⩽06-|x+a|-|x+1|\leqslant 0 恒成立,
等价于 ∣x+a∣+∣x+1∣⩾6|x+a|+|x+1|\geqslant 6 恒成立。

2. 使用绝对值三角不等式求最值

因为对任意实数 xx,由绝对值三角不等式恒有:
∣x+a∣+∣x+1∣=∣x+a∣+∣−(x+1)∣⩾∣(x+a)−(x+1)∣=∣a−1∣|x+a|+|x+1| = |x+a| + |-(x+1)| \geqslant |(x+a)-(x+1)| = |a-1|,
所以 ∣x+a∣+∣x+1∣|x+a|+|x+1| 的最小值为 ∣a−1∣|a-1|。

3. 列出关于 $a$ 的不等式并求解范围

要使原不等式恒成立,只需其最小值不小于 66,即 ∣a−1∣⩾6|a-1|\geqslant 6。
解得 a−1⩽−6a-1\leqslant -6 或 a−1⩾6a-1\geqslant 6,
即 a⩽−5a\leqslant -5 或 a⩾7a\geqslant 7。
因此,aa 的取值范围是 (−∞,−5]∪[7,+∞)(-\infty, -5] \cup [7, +\infty)。

答案

(−∞,−5]∪[7,+∞)(-\infty, -5] \cup [7, +\infty)

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