Подкоренное выражение должно быть неотрицательным: \[x^2 - 9 \ge 0\] \[(x-3)(x+3) \ge 0\]
Это выполняется при \[x \in (-\infty, -3] \cup [3, +\infty)\]
Возведем обе части неравенства в квадрат: \[(\sqrt{x^2 - 9})^2 < 4^2\] \[x^2 - 9 < 16\] \[x^2 < 25\] \[-5 < x < 5\]
Пересечем полученный интервал с областью определения: \[x \in (-5, -3] \cup [3, 5)\]
Ответ: x \in (-5, -3] \cup [3, 5)