MI Promo 9758/2020/PU1/Q2(修改自第 (ii) 问)

  1. (i)

    不使用计算器,解不等式

    3x−1≥2x+3\dfrac{3}{x - 1} \ge 2x + 3。

  2. (ii)

    由此精确求解不等式

    3(ex−1)(2ex+3)≥1\dfrac{3}{(e^{x} - 1)\left(2^{e^{x}} + 3\right)} \ge 1。

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完整解法

8(i)

1. Rearrange the inequality to compare with zero and express it as a single algebraic fraction.

3x−1−(2x+3)≥0\frac{3}{x - 1} - (2x + 3) \ge 0
3−(2x+3)(x−1)x−1≥0\frac{3 - (2x + 3)(x - 1)}{x - 1} \ge 0

2. Expand, simplify and factorise the numerator. Adjust the inequality sign when reversing the signs to make the leading coefficient positive.

3−(2x2+x−3)x−1≥0\frac{3 - (2x^2 + x - 3)}{x - 1} \ge 0
−2x2−x+6x−1≥0\frac{-2x^2 - x + 6}{x - 1} \ge 0
2x2+x−6x−1≤0\frac{2x^2 + x - 6}{x - 1} \le 0
(2x−3)(x+2)x−1≤0\frac{(2x - 3)(x + 2)}{x - 1} \le 0

3. Identify critical values and use a sign test (number line) to determine the solution intervals, ensuring the denominator is strictly non-zero.

Critical values are x=−2x = -2, x=1x = 1, and x=32x = \frac{3}{2}.
Since x−1x - 1 is in the denominator, we must have x≠1x \neq 1.

Testing the intervals:

  • For x≤−2x \le -2: (−)(−)(−)≤0\frac{(-)(-)}{(-)} \le 0 (Valid)
  • For −2<x<1-2 < x < 1: (−)(+)(−)>0\frac{(-)(+)}{(-)} > 0 (Invalid)
  • For 1<x≤321 < x \le \frac{3}{2}: (−)(+)(+)≤0\frac{(-)(+)}{(+)} \le 0 (Valid)
  • For x>32x > \frac{3}{2}: (+)(+)(+)>0\frac{(+)(+)}{(+)} > 0 (Invalid)

Solution: x≤−2 or 1<x≤32x \le -2 \text{ or } 1 < x \le \frac{3}{2}

答案

x≤−2 or 1<x≤32x \le -2 \text{ or } 1 < x \le \frac{3}{2}

8(ii)

1. Reduce the given inequality to the structure of part (i)

Since ex>0e^x>0 for all real xx, the factor 2ex+3≥3>02e^x+3 \ge 3 > 0 is always positive. Multiplying both sides of 3(ex−1)(2ex+3)≥1\frac{3}{(e^x-1)(2e^x+3)} \ge 1 by the positive quantity (2ex+3)(2e^x+3) leaves the inequality sign unchanged: 3ex−1≥2ex+3.\frac{3}{e^x-1} \ge 2e^x+3. This is exactly the inequality in part (i) with xx replaced by exe^x.

2. Apply the part (i) solution to $e^x$

From part (i), 3X−1≥2X+3\dfrac{3}{X-1} \ge 2X+3 has solution X≤−2X \le -2 or 1<X≤321 < X \le \dfrac{3}{2}. With X=exX = e^x: ex≤−2or1<ex≤32.e^x \le -2 \quad\text{or}\quad 1 < e^x \le \tfrac{3}{2}. The branch ex≤−2e^x \le -2 has no solution because ex>0e^x>0.

3. Solve the remaining exponential inequality exactly

From 1<ex≤321 < e^x \le \tfrac{3}{2}, taking ln⁡\ln (an increasing function) of all three parts: ln⁡1<x≤ln⁡32  ⇒  0<x≤ln⁡32.\ln 1 < x \le \ln\tfrac{3}{2} \;\Rightarrow\; 0 < x \le \ln\tfrac{3}{2}.

答案

0<x≤ln⁡320 < x \le \ln\dfrac{3}{2}

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