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已知函数f(x)={x+2,x<0,ln⁡(12x+1),x≥0.
若关于 x 的方程 f(f(x))=m 恰有三个不相等的实数根 x1,x2,x3 且满足 x1<x2<x3, 则 2x1+9ln⁡(x2+4) 的取值范围是_____.

解

对于这类复合函数的图像问题,可以采用二图法解决. 如图所示,我们可以将复合函数方程理解为 f(f(x))=m⟺f(x)=t,f(t)=m. 我们构造两个坐标系并且将它们拼合在一起. 将 外层 函数图像正常地置于上方; 注意,将 内层 函数顺时针旋转 90 度,置于下方的坐标系. 这样,当我们在上方拉一条直线 y=m 交出若干交点 ti, 则 ti 向下顺延自然与里层函数交出 xi. 所以,我们只需要在脑子中模拟不同的 m 值和相应的 t,x,就可以找到满足题意的 3 个 x.

对于本题,如图,要求 0≤t2<f(2)=ln⁡2 (参考图中的黑色虚线), 也即 m∈[0,ln⁡2). 此时,t1=x1+2,t2=x2+2,f(t1)=t1+2=m,f(t2)=ln⁡(12t2+1)=m.
进行消元即得原式=2m+1m+ln⁡2∈[1ln⁡2,1+12ln⁡2).
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