已知函数f(x)=ln⁡x+(a−1)x+3x−6−2af(x)=\ln x+(a-1)x+\dfrac{3}{x}-6-2a在(2,4)(2,4)内存在极小值,则实数aa的取值范围为 ___.

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完整解法

1. 求出函数 $f(x)$ 的导函数 $f'(x)$

已知函数 f(x)=ln⁡x+(a−1)x+3x−6−2af(x)=\ln x+(a-1)x+\dfrac{3}{x}-6-2a,对其求导得:
f′(x)=1x+(a−1)−3x2f'(x) = \dfrac{1}{x} + (a-1) - \dfrac{3}{x^2}

2. 分析导函数 $f'(x)$ 在区间 $(2,4)$ 上的单调性

对 f′(x)f'(x) 再次求导,得:
f′′(x)=−1x2+6x3=6−xx3f''(x) = -\dfrac{1}{x^2} + \dfrac{6}{x^3} = \dfrac{6-x}{x^3}
当 x∈(2,4)x \in (2,4) 时,6−x>06-x > 0,x3>0x^3 > 0,所以 f′′(x)>0f''(x) > 0 恒成立。
因此,导函数 f′(x)f'(x) 在区间 (2,4)(2,4) 上单调递增。

3. 将“存在极小值”转化为端点导数值的不等式组

因为 f′(x)f'(x) 在区间 (2,4)(2,4) 上单调递增,要使 f(x)f(x) 在 (2,4)(2,4) 内存在极小值,则导函数 f′(x)f'(x) 在 (2,4)(2,4) 内必须存在零点,且在零点左侧为负、右侧为正。
因此只需满足端点值异号:
{f′(2)<0f′(4)>0\begin{cases} f'(2) < 0 \\ f'(4) > 0 \end{cases}
代入得:
{12+a−1−34<014+a−1−316>0\begin{cases} \dfrac{1}{2} + a - 1 - \dfrac{3}{4} < 0 \\ \dfrac{1}{4} + a - 1 - \dfrac{3}{16} > 0 \end{cases}

4. 解不等式组求出 $a$ 的取值范围

整理不等式组得:
{a<54a>1516\begin{cases} a < \dfrac{5}{4} \\ a > \dfrac{15}{16} \end{cases}
解得:1516<a<54\dfrac{15}{16} < a < \dfrac{5}{4}。
所以实数 aa 的取值范围为 (1516,54)(\dfrac{15}{16},\dfrac{5}{4})。

答案

(1516,54)(\dfrac{15}{16},\dfrac{5}{4})

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