Tải bản đầy đủ

Bất đẳng thức cho và nhận

0.1. BẤT ĐẲNG THỨC CHẶT CHO ĐI VÀ LẤY LẠI

0.1

BẤT ĐẲNG THỨC CHẶT CHO ĐI VÀ LẤY
LẠI

0.1.1

TH
ỨC

BẤT
ĐẲNG THỨC CHẶT VÀ SẮC NÉT
.

Các ví dụ mở đầu:

Chúng ta cùng xét các ví dụ sau đây:
Bài 1


[ Lê Khánh Sỹ ]
Cho các số thực không âm a, b, c thỏa mãn a + b + c = 3. Chứng minh rằng:

ĐẲ
NG

a2
ab + bc + ca
3
+

a+3
4
4

cyc

Vấn đề này được chúng tôi đưa ra và đăng lên trang k2pi.net.vn và thu được rất
nhiều lời giải, trong số đó chúng tôi nhận được vài giải pháp rất đẹp, để cho seminar
này được tường minh hơn, chúng ta hãy chú ý đến bài đầu tiên này, nhằm hiểu
hơn về vấn đề này : CHO ĐI Và LẤY LẠI. Dấu bằng xảy ra rất đặc biệt, đó là 3
biến bằng 1 hoặc 2 biến bằng 0 và 1 biến bằng 3. Vì thế muốn dồn a → b thì ta
giả sử c = max{a; b; c}
Không mất tính tổng quát giả sử: c = max{a; b; c}. Khi dó ta sẽ chứng minh bổ đề:
a2
b2
ab
(a + b)2
(a + b)2
+
+

+
a+3 b+3
4
a+b+6
16

BẤ
T



Vậy trong bổ đề này cái nào là CHO ĐI và cái nào là LẤY LẠI?
Cho đi là
a2
b2
(a + b)2
+

a+3 b+3
a+b+6
Lấy lại là

ab
(a + b)2

4
16

Vậy thì cho đi bao nhiêu và lấy lại bao nhiêu thì chỉ bằng kinh nghiệm cá nhân
mà thôi, ở đây không có một chuẩn mực nào cho việc đánh giá này. Vấn đề là sau
quá trình làm điều đó thì phải là dồn biến được hoặc là quy đồng dễ hơn bài gốc
1


0.1. BẤT ĐẲNG THỨC CHẶT CHO ĐI VÀ LẤY LẠI

ban đầu.
Quay lại bổ đề ta cần chứng minh:

Bổ đề trên hiển nhiên đúng vì:
(a + 3)(b + 3)(a + b + 6) ≤

TH
ỨC

(a − b)2
9(a − b)2

(a + 3)(b + 3)(a + b + 6)
16

(a + b + 6)3
≤ 128 < 144
4

Do đó để hoàn tất chứng minh, ta cần chứng minh:

c2
c(3 − c)
3
(3 − c)2 (3 − c)2
+
+
+

9−c
16
c+3
4
2

ĐẲ
NG

Bất đẳng thức trên là một biến, vì thế bằng cách nhóm đối tượng hợp lí quy đồng
ta được
3(c − 1)2 (c − 3)2
≥0
16(9 − c)(3 + c)
Hoàn tất chứng minh . ❑
Bài 2

[ Ji Chen ]
Cho các số thực không âm a, b, c thỏa ab + bc + ca = 0. Chứng minh rằng:
1
1
9
1
+
+

(a + b)2 (b + c)2 (c + a)2
4(ab + bc + ca)

BẤ
T

Lời giải:
Không mất tính tổng quát, giả sử rằng b = min {a, b, c}. Khi đó ta sẽ đi chứng
minh
1
2
1

+
2
(a + b)
(a + b)(b + c) 4ac
cyc
Thật vậy. Bất đẳng thức được viết lại
(a − c)2
(a − c)2

(a + b)2 (b + c)2
4ac(a + c)2

Hay

(a − c)2 [4ac(a + c)2 − (a + b)2 (b + c)2 ] ≥ 0

. Bổ đề trên đúng vì:

4ac(a + c)2 ≥ (a + b)(b + c)(a + b)(b + c) = (a + b)2 (b + c)2
2


0.1. BẤT ĐẲNG THỨC CHẶT CHO ĐI VÀ LẤY LẠI

. Qua lại bài toán thì ta cần chứng minh

TH
ỨC

2
1
9
+

(a + b)(b + c) 4ac
4(ab + bc + ca)
Hay

b[a2 (b + c) + b2 (c + a) + c2 (a + b)] − 6abc ≥ .0

Bất đẳng thức cuối cùng hiển nhiên đúng theo AM − GM . Đẳng thức xảy ra khi
a = b = c > 0 hoặc a = b > 0 và c = 0 hoặc các hoán vị của chúng.
Hoàn tất chứng minh. ❑
Bài 3

[ Jack Garfunkel ]
Cho các số thực không âm a, b, c. Chứng minh rằng:

a2 + b2 + c2
8abc
+
≥ 2.
ab + bc + ca (a + b)(b + c)(c + a)

ĐẲ
NG

Lời giải 1: Không mất tính tổng quát giả sử c = min {a, b, c}. Khi đó ta sẽ chứng
minh bổ đề
a2 + b2 + c2
8abc
2ab + c2
2(a + b)c
+

+
ab + bc + ca (a + b)(b + c)(c + a)
ab + bc + ca (b + c)(c + a)
Thật vậy. Bất đẳng thức viết lại

2(a − b)2 c
(a − b)2

ab + bc + ca
(a + b)(b + c)(c + a)

Bổ đề trên đúng vì:

2c(ab + bc + ca) ≤ (a + b)(ab + bc + ca + c2 ) = (a + b)(b + c)(c + a)
Quay lại bài toán thì ta cần chứng minh

Hay

BẤ
T

2ab + c2
2(a + b)c
+
≥2
ab + bc + ca (b + c)(c + a)
c2 (a − c)(b − c)
≥0
(a + c)(b + c)(ab + bc + ca)

Lời giải 2: Không mất tính tổng quát giả sử: c = min {a, b, c}. Khi đó ta có:
a2 + b2 + c2
8abc
a2 + b2 + 2c2
8abc
+

+
ab + bc + ca (a + b)(b + c)(c + a)
(c + a)(c + b) (a + b)(b + c)(c + a)
Vây nên ta cần chứng minh

a2 + b2 + 2c2
8abc
+
≥2
(c + a)(c + b) (a + b)(b + c)(c + a)
3


0.1. BẤT ĐẲNG THỨC CHẶT CHO ĐI VÀ LẤY LẠI

Quy đồng mẫu số ta thu được

TH
ỨC

(a + b − 2c)(a − b)2
≥0
(a + b)(b + c)(c + a)
Bất đẳng thức trên hiển nhiên đúng. Dấu bằng xảy ra khi a = b = c > 0;
a = 0; b = c > 0. Hoàn tất chứng minh. ❑
Bài 4

[ Lê Khánh Sỹ ]
Cho các số thực không âm a, b, c thỏa mãn a + b + c = 3. Chứng minh rằng:

cyc

1
2(ab + bc + ca)
13
+

a+1
9
6

Lời giải:
Không mất tính tổng quát giả sử c = min {a, b, c}. Khi đó ta sẽ chứng minh bổ đề

ĐẲ
NG

1
2ab
4
(a + b)2
1
+
+

+
a+1 b+1
9
a+b+2
18
Thật vậy. Bất đẳng thức viết lại

(a − b)2
(a − b)2

(a + 1)(b + 1)(a + b + 2)
18

Bổ đề trên luôn đúng do

(a + b + 2)3
(a + 1)(b + 1)(a + b + 2) ≤
≤ 16 < 18
4
Quay lại bài toán thì ta cần chứng minh
4
(3 − c)2
1
2c(3 − c)
13
+
+
+

5−c
18
c+1
9
6
Hay

(c − 1)2 (c − 2)2
≥0
6(5 − c)(c + 1)

BẤ
T

Hoàn tất chứng minh. Đẳng thức xảy ra khi a = b = c = 1, hoặc a = b =
c = 2 hoặc các hoán vị của chúng. ❑
Bài 5

[ Tìm k ]
Cho các số thực dương a, b, c, k. Tìm giá trị tốt nhất của k để
a

cyc

cyc

1
(a − b)2 + (b − c)2 + (c − a)2
≥ 9 + k.
a
(a + b + c)2

4

1

2


0.1. BẤT ĐẲNG THỨC CHẶT CHO ĐI VÀ LẤY LẠI

cyc

TH
ỨC

Lời giải:
Cho a = b = c = 1 và c = 2 thế vào bất đẳng thức, ta thu được l ≤ 8. Vì thế ta
cần chứng minh bất đẳng thức trên đúng với k = 8. Thật vậy, viết bất đẳng thức
lại như sau.
Chuẩn hóa a + b + c = 1. Khi đó ta cần chứng minh
1
+ 48(ab + bc + ca) ≥ 25.
a

Không mất tính tổng quát giả sử c = max {a, b, c}. Khi đó ta chứng minh bổ đề
sau
1 1
4
+ + 48ab ≥
+ 12(a + b)2
a b
a+b
Thật vậy. Bất đẳng thức viết lại

(a − b)2
≥ 12(a − b)2 .
ab(a + b)

ĐẲ
NG

Bổ đề trên luôn đúng do
12ab(a + b) ≤ 3(a + b)3 ≤

8
< 1.
9

Quay lại bài toán thì ta cần chứng minh

1
4
+ 12(1 − c)2 + + 48c(1 − c) ≥ 25.
1−c
c
Hay

(3c − 1)2 (2c − 1)2
≥ 0.
c(1 − c)

Bất đẳng thức trên hiển nhiên đúng. Vậy k = 8 là giá trị tốt nhất cần tìm. ❑
Bài 6
[Schur r = 1] Cho các số thực không âm a, b, c. Chứng minh rằng

BẤ
T

a3 + b3 + c3 + 3abc ≥ ab(a + b) + bc(b + c) + ca(c + a).

Lời giải 1:
Không mất tính tổng quát, giả sử rằng c = min{a, b, c}. Khi đó ta sẽ chứng minh
a3 + b3 + 3abc ≥

(a + b)(a2 + b2 ) 3(a + b)2 c (a − b)2 c
+
+
.
2
4
4

Thật vậy. Bất đẳng thức viết lại
(a − b)2 (a + b)
≥ (a − b)2 c.
2
5


0.1. BẤT ĐẲNG THỨC CHẶT CHO ĐI VÀ LẤY LẠI

Bổ đề trên là đúng vì a + b ≥ 2c.
Quay lại bài toán thì ta cần chứng minh.

TH
ỨC

(a + b)(a2 + b2 ) 3(a + b)2 c (a − b)2 c
+
+
+ c3 ≥ ab(a + b) + bc(b + c) + ca(c + a).
2
4
4
Hay

a3 + b3 + 2abc + 2c3 ≥ ab(a + b) + 2c2 (a + b).
Rút gọn hơn, ta được

(a + b)(a − b)2 + 2c(a − c)(b − c) ≥ 0.

Bất đẳng thức trên hiển nhiên đúng. Dấu bằng xảy ra, hoặc là ba biến bằng nhau
và lớn hơn 0, hoặc là 1 biến bằng 0 và 2 biến kia bằng nhau và lớn hơn 0. Hoàn
tất chứng minh ❑
Lời giải 2:
Không mất tính tổng quát, giả sử rằng c = min{a, b, c}. Khi đó ta sẽ chứng minh
3(a + b)2 c 5(a − b)2 c
+
.
4
4

ĐẲ
NG

a3 + b3 + 3abc ≥ ab(a + b) +
Thật vậy. Bất đẳng thức viết lại

(a − b)2 (a + b) ≥ 2(a − b)2 c.

Bổ đề trên là đúng vì a + b ≥ 2c.
Quay lại bài toán thì ta cần chứng minh.

3(a + b)2 c 5(a − b)2 c
+
+ c3 ≥ bc(b + c) + ca(c + a).
4
4
Hay

c(a2 + b2 + c2 − ab − bc − ca) ≥ 0.

BẤ
T

Bất đẳng thức trên luôn đúng. Hoàn tất chứng minh. ❑
Bài 7
[Tìm k suy ra] Cho các số thực không âm a, b, c thỏa mãn ab + bc + ca = 0.
Chứng minh rằng
a
3(a2 + b2 + c2 ) 1

+ .
2
b
+
c
(a
+
b
+
c)
2
cyc
Lời giải:
Nhân (a + b + c) cho 2 và chuẩn hóa a + b + c = 3 ta được
3
+
2

cyc

a2
≥ (a2 + b2 + c2 ).
b+c
6


0.1. BẤT ĐẲNG THỨC CHẶT CHO ĐI VÀ LẤY LẠI

Hay

Ta sẽ chứng minh bổ đề với c = min{a, b, c}

TH
ỨC

cyc

a2
15
+ 2(ab + bc + ca) ≥ .
b+c
2

a2
b2
(a + b)2
(a + b)2
+
+ 2ab ≥
+
.
b+c c+a
a + b + 2c
2
Hay

(a − b)2 (a + b + c)2
(a − b)2

.
(a + c)(b + c)(a + b + 2c)
2
Bổ đề trên là đúng vì

(3 + c)3
≤ 16 < 18.
(a + c)(b + c)(a + b + 2c) ≤
4
Quay lại bài toán thì ta cần chứng minh.

ĐẲ
NG

(3 − c)2 (a + b)2
c2
15
+
+
+ 2c(3 − c) ≥ .
3+c
2
3−c
2
Quy đồng mẫu số ta được

3c2 (c − 1)2
≥ 0.
2(9 − c2 )

Bất đẳng thức trên hiển nhiên đúng. Dấu bằng xảy ra, hoặc là ba biến bằng nhau
và lớn hơn 0, hoặc là 1 biến bằng 0 và 2 biến kia bằng nhau và lớn hơn 0. Hoàn
tất chứng minh ❑.
Bài 8
[Vasile Cirtoaje] Cho các số thực a, b, c thỏa a + b + c = 3. Chứng minh rằng
3(a4 + b4 + c4 ) + 33 ≥ 14(a2 + b2 + c2 )

BẤ
T

Lời giải:
Không mất tính tổng quát giả sử c = min{a, b, c}. Khi đó ta có bổ đề sau
3(a4 + b4 ) − 14(a2 + b2 ) ≥

Hay

3(a + b)4
− 7(a + b)2 .
8

3(a − b)2 (7a2 + 10ab + 7b2 )
≥ 7(a − b)2 .
8

Bất đẳng thức trên luôn đúng vì
3 (a − b)2 + 6(a + b)2
3(7a2 + 10ab + 7b2 )
=
≥ 9 > 7.
8
8
7


0.1. BẤT ĐẲNG THỨC CHẶT CHO ĐI VÀ LẤY LẠI

Quay lại bài toán ta cần chứng minh

từ đây bằng phương pháp quy đồng, ta được

TH
ỨC

3(3 − c)4
+ 3c4 + 33 ≥ 14c2 + 7(3 − c)2 ,
8
3(c − 1)2 (3c + 1)2
≥ 0.
8
Hoàn tất chứng minh ❑.
Bài 9

[AoPS]Cho các số thực a, b, c thỏa abc = 1. Chứng minh rằng
a2 + b2 + c2 + 6 ≥

1 1 1
3
a+b+c+ + +
.
2
a b c

ĐẲ
NG

Dễ thấy rằng chúng ta chỉ cần chứng minh với a, b, c > 0. Không mất tính tổng
quát giả sử ab ≥ 1. Khi đó ta có bổ đề sau
3
1 1
3 √
2
a2 + b2 −
a+b+ +
≥ 2ab −
2 ab + √
.
2
a b
2
ab
Hay
√ 2



3
(
a

b)
( a − b)2 +
,
(a − b)2 ≥
2
ab
bây giờ ta đi trục nghiệm như sau
(a − b)2 ≥

3
(a − b)2
(a − b)2


+
.


2 ( a + b)2 ab( a + b)2

Bất đẳng thức trên hiển nhiên đúng vì

3
1
1
3 1
3


+
≤ . = < 1.


2 ( a + b)2 ab( a + b)2
2 2
4
Quay lại bài toán ta cần chứng minh ( đặt c = x2 )

BẤ
T

x4 + 6 +

1
2
3
2

x2 + 2 + + 2x .
2
x
2
x
x

Rút gọn ta được

(x − 1)2 (2x4 + 4x3 + 3x2 − 4x + 1)
≥ 0,
x2

dể thấy rằng bất đẳng thức trên là đúng do
3
2
1
2x4 + + 4x3 + + 3x2 + > 4 4 2/63 + 3 3 4/62 + 2
6
6
6
Hoàn tất chứng minh. ❑

8

3/6 x > 4x.


0.2. MỘT SỐ BÀI TOÁN ĐỀ XUẤT

0.2

MỘT SỐ BÀI TOÁN ĐỀ XUẤT

cyc

TH
ỨC

[Lê Khánh Sỹ]Cho các số thực không âm a, b, c thỏa a + b + c = 3.Chứng minh
a2
64(ab + bc + ca)
145
+

.
a+2
243
81

[Lê Khánh Sỹ]Cho các số thực không âm a, b, c thỏa a + b + c = 3.Chứng minh

cyc

16(ab + bc + ca)
241
1
+

.
a+4
1125
375

[Vasc]Cho các số thực dương a, b, c thỏa a + b + c = 3.Chứng minh
1 1 1
+ +
a b c

8

+ 9 ≥ 10(a2 + b2 + c2 )

(Vasc)

ĐẲ
NG

[Võ Quốc Bá Cẩn]Cho các số thực dương a, b, c thỏa mãn a + b + c = 3. Chứng
minh rằng khi đó ta luôn có:
a2
b2
c2
3
+
+

.
a+2 b+2 c+2
ab + bc + ca
[Lê Khánh Sỹ]Cho các số thực không âm a, b, c thỏa a + b + c = 3 và c =
min{a, b, c} thỏa. Chứng minh

cyc

1
2(ab + bc + ca)
13
+

+
a+1
9
6

a−b
12

2

.

[Lê Khánh Sỹ]Cho các số thực không âm a, b, c thỏa a + b + c = 1 và c =
max{a, b, c}. Chứng minh

BẤ
T

cyc

1
3(a − b)2
+ 48(ab + bc + ca) ≥ 25 +
.
a
2

[Lê Khánh Sỹ]Chp các số thực dương a, b, c. Chứng minh rằng
√ ab + bc + ca

(a + b + c)3
+ (4 + 10 5) 2

31
+
10
5
abc
a + b2 + c2

9


0.3. CÁCH RA BẤT ĐẲNG THỨC CHẶT VÀ SẮC NÉT

0.3

CÁCH RA BẤT ĐẲNG THỨC CHẶT VÀ

TH
ỨC

SẮC NÉT
Xin đi ngang qua 1 dạng toán nào đó trong cách vài trò là người ra đề, trước hết
là không thể có 1 cái chung nào được cho việc ra đề. Đại đa số những người ra đề
hay và chặt thì khi đó người ra đề phải cầm trong tay những bổ đề chặt nhất có
thể của một số dạng bất đẳng thức nào đó.
Ví như từ:
27(a − b)2 (b − c)2 (c − a)2 = 4(p2 − 3q)3 − (2p3 − 9pq + 27r)2 ≥ 0
Chúng ta thu được

−2(p2 − 3q) p2 − 3q ≤ 2p3 − 9pq + 27r ≤ 2(p2 − 3q) p2 − 3q;
từ đây ta có

ĐẲ
NG

−2p3 + 9pq + 2(p2 − 3q) p2 − 3q
−2p3 + 9pq − 2(p2 − 3q) p2 − 3q
≤ abc ≤
.
9
27
Bây giờ ta xét a, b, c không âm, ta chuẩn hóa a+b+c = 3 và khi đó tồn tại t ∈ [0; 1]
sao cho ab + bc + ca = 3 − 3t2 . Khi đó ta có
−(t + 1)2 (2t − 1) ≤ abc ≤ (t − 1)2 (2t + 1).
Hướng tiếp cận tiếp theo vẫn điều kiện như trên
Theo Cauchy-Schwarz, ta có

2(a2 + b2 ) ≥ (a + b)2 ;

vì thế ta có

1 − 2t ≤ c ≤ 1 + 2t.

Do tính đối xứng nên ta có a, b, c ∈ [1 − 2t; 1 + 2t] vì thế ta có bất đẳng thức

Hay

BẤ
T

(1 + 2t − a)(1 + 2t − b)(1 + 2t − c) ≥ 0.

(1 + 2t)3 − (a + b + c)(1 + 2t)2 + (ab + bc + ca)(1 + 2t) ≥ abc;

và tiếp tục rút gọn ta được

abc ≤ (t − 1)2 (2t + 1).

Cách làm tương tự thì

−(t + 1)2 (2t − 1) ≤ abc ≤ (t − 1)2 (2t + 1) (∗)
10


0.3. CÁCH RA BẤT ĐẲNG THỨC CHẶT VÀ SẮC NÉT

TH
ỨC

Vậy nên chỉ bằng Cauchy-Schwarz, chúng ta cũng thu về 1 bổ đề rất chặt.
1
Ví dụ dạng
a
cyc
1 1 1
Hiển nhiến điều là ai cũng biết với a, b, c dương và a + b + c = 3 thì + + ≥ 3
a b c
Bầy giờ ta sẽ làm chặt nó như sau:
Hướng 1
1 1 1
+ + ≥ 3 + y(a2 + b2 + c2 − ab − bc − ca).
a b c
Từ bổ đề (∗) trên ta cần chứng minh
3(1 − t2 )
≥ 3 + 9t2 y.
(t − 1)2 (2t + 1)
Rút nhân tử t2 ra ta được

3t2 [2 − 3(−2t2 + t + 1)y]
≥ 0.
(1 − t)(2t + 1)

ĐẲ
NG

Để bất đẳng thức đúng, ta cần có
2
≥ 3y ∀t ∈ [(0; 1);
−2t2 + t + 1



2
2t2 + t + 1

Vậy nên giá trị tốt nhất củ y =

=

t∈[(0;1)

16
9

16
1
với t =
27
4

Nên ta có bài toán sau đây
Bài toán

Cho các số thực dương a, b, c. Chứng minh rằng
a
cyc

cyc

(a − b)2 + (b − c)2 + (c − a)2
1
≥9+8
a
(a + b + c)2

BẤ
T

Theo như trên thì dấu bằng xảy ra là a = b = c và a = b = c/2 hoặc hoán vị
Hay chọn a + b + c = 1 ta thu được bài toán quen thuộc sau

cyc

1
+ 48(ab + bc + ca) ≥ 25
a

Hướng 2
Đẩy các biến về biên như sau a, b, c → 1 + 2t

1
1
1
1
=
+

a
1 + 2t
a 1 + 2t
11


0.3. CÁCH RA BẤT ĐẲNG THỨC CHẶT VÀ SẮC NÉT

Nên ta có cách khai triển sau

cyc

3
1
[3 + 6t − (a + b + c)]
1 + 2t − a

+
.
a
1 + 2t 1 + 2t (2t + 1)(a + b + c) − (a2 + b2 + c2 )

TH
ỨC

cyc

2

3
1
1
=
+
a
1 + 2t 1 + 2t

3(1 + t)
6t2
=3+
.
(1 + 2t)(1 − t)
(1 − t)(2t + 1)

=

Dấu bằng xảy ra khi a = b = c, hoặc a = 1 + 2t và b = c, hoặc hoán vị. ❑
Chúng ta vẫn thu được bài toán như trên. Bầy giờ ta mở rộng với mẫu số như sau
1
Ví dụ dạng
a+1
cyc
cyc

3
1
1
=
+
a+1
2(1 + t) 2(1 + t)

cyc

3
3t2
1 + 2t − a
, = +
.
a+1
2 2(2 − t)(1 + t)

Vẫn làm chặt như bài trên, bằng cách

3t2
≥ 9t2 y.
2(2 − t)(1 + t)

ĐẲ
NG

Bỏ qua nghiệm tầm thường ta cần xét
6y ≤ f (t) :=

Dễ thấy rằng

1
4
≥ .
(2 − t)(1 + t)
9

1
(2 − t)(1 + t)

Vậy nên giá trị tốt nhất của y =

t∈[(0;1]

4
= .
9

2
1
với t = . ❑
27
2

Nên ta có bài toán sau đây
Bài toán

Cho các số thực dương a, b, c thỏa mãn a + b + c = 3. Chứng minh rằng

BẤ
T

1
1
1
2(ab + bc + ca)
13
+
+
+
≥ .
a+1 b+1 c+1
9
6
Theo như trên thì dấu bằng xảy ra là a = b = c = 1, hoặc a = b =

1
và c = 2,
2

hoặc hoán vị.
Để kiểm soát được đấu bằng theo ý muốn, chúng ta cùng đi đến bài toán sau
1
Ví dụ dạng
(m ≥ 0)
a+m
cyc
1
3
1
1 + 2t − a
=
+
a+m
1 + 2t + m 1 + 2t + m cyc a + m
cyc


3
1
6t
+
1 + 2t + m 1 + 2t + m (m + 1 − t)
12


0.3. CÁCH RA BẤT ĐẲNG THỨC CHẶT VÀ SẮC NÉT

3(m + 1 + t)
3
6t2
=
=
+
.
(1 + 2t + m)(m + 1 − t)
1 + m (m + 1)(m + 1 − t)(m + 1 + 2t)

TH
ỨC

Vẫn làm chặt như bài trên, bằng cách
6t2
≥ 9t2 y.
(m + 1)(m + 1 − t)(m + 1 + 2t)
Bỏ qua nghiệm tầm thường ta cần xét

1
8
3
(m + 1)y ≤ f (t) :=

.
2
(m + 1 − t)(m + 1 + 2t)
9(m + 1)2
Vậy nên giá trị tốt nhất củ y =

16
m+1
vối t =
.❑
2
27(m + 1)
4

Nên ta có bài toán sau đây
Bài toán

Cho các số thực không âm a, b, c thỏa mãn a + b + c = 3. Chứng minh rằng

Hay phát biểu lại là

cyc

ĐẲ
NG

1
1
1
48
9m2 + 18m + 25
+
+
+
(ab + bc + ca) ≥
.
a + m b + m c + m (3m + 3)3
3(m + 1)3

a2
48m2
25m2 + 18m + 9
+
(ab + bc + ca) ≥
.
a + m (3m + 3)3
3(m + 1)3

3−m
3+m
, hoặc c =
, hoặc hoán vị.❑
4
2
Vì thế chúng tôi mới có được bài toán rất đặc biệt sau đây
Bài toán
Dấu bằng xảy ra khi a = b = c và a = b =

Cho các số thực không âm a, b, c thỏa a + b + c = 3. Chứng minh

BẤ
T

cyc

ab + bc + ca
3
a2
+

a+3
4
2

Dấu bằng xảy ra khi a = b = c hoặc a = b = 0 và c = 3, hoặc các hoán vị của chúng.
Xin mời bạn đọc thử sức với bài toán trên.

13


0.4. CHẶT HƠN NẾU CÓ THỂ

0.4

CHẶT HƠN NẾU CÓ THỂ

cyc

TH
ỨC

Cho các số thực không âm a, b, c thỏa a + b + c = 3 và c = min a, b, c. Chứng minh
rằng khi đó ta có
a2
15
+ 2(ab + bc + ca) ≥
+
b+c
2

a−b
4

2

.

Cho các số thực a, b, c thỏa a + b + c = 3 và c = min{a, b, c}. Chứng minh rằng
3(a4 + b4 + c4 ) + 33 ≥ 14(a2 + b2 + c2 ) + 2(a − b)2 .

Cho các số thực không âm a, b, c thỏa a + b + c = 3 và c = max{a, b, c} thỏa. Chứng
minh
2
2(ab + bc + ca)
13
a−b
1
+

+
.
a
+
1
9
6
12
cyc

BẤ
T

ĐẲ
NG

Cho các số thực không âm a, b, c thỏa a + b + c = 1 và c = max{a, b, c}. Chứng
minh
3(a − b)2
1
+ 48(ab + bc + ca) ≥ 25 +
.
a
2
cyc

14


0.4. CHẶT HƠN NẾU CÓ THỂ

Viết lại biểu thức P như sau

TH
ỨC

2P := (x − y + z)a(b + c) + (x + y − z)b(a + c) + (y + z − x)c(a + b)
Trường hợp 1. Nếu như tồn tại 1 số lớn hơn hoặc bằng tổng hai số kia, giả sử
z ≥ x + y.
Khi đó ta có
P = xab + ybc + zca ≤ max{za(b + c); zc(b + a)}
(a + b + c)2
≤z
4
2
zk
=
4

zk 2
.
4
Trường hợp 2. Bộ x, y, z là ba cạnh của 1 tám giác, có thể giải quyết theo
Cauchy-Schwarz
Vậy nên max P =

(x − y + z) 2
k − (2a − k)2
4

ĐẲ
NG

2P :=

cyc

:= k 2 .

x+y+z 1

4
4

(x − y + z)(2a − k)2

cyc

Áp dụng Cauchy-Schwarz, ta có

k2

(x − y + z)(2a − k)2 ≥

cyc

cyc

k2

x+y+z 1
Vậy nên max P = k .
− .
8
8
2

BẤ
T

cyc

1
x−y+z

15

1
x−y+z


0.4. CHẶT HƠN NẾU CÓ THỂ

Bài toán
Cho các số thực dương a, b, c thỏa abc = 1. Chứng minh rằng

TH
ỨC

1 1 1
6
+ + +
≥5
a b c a+b+c

Chúng ta cần chứng minh với điều kiện trên thì
1
1
6
5
1
+ 3+ 3+ 3

3
3
3
a
b
c
a +b +c
abc
Hay
(ab + bc + ca) a2 (b − c)2 + b2 (c − a)2 + c2 (a − b)2
2a3 b3 c3
(a + b + c) (a − b)2 + (b − c)2 + (c − a)2
.

abc(a3 + b3 + c3 )
Rút họn hơn ta được

cyc

ĐẲ
NG

(ab + bc + ca) a2 (b − c)2 + b2 (c − a)2 + c2 (a − b)2
2a2 b2 c2
(a + b + c) (a − b)2 + (b − c)2 + (c − a)2

.
a3 + b3 + c3
Giả sử a ≥ b ≥ c theop Cauchy-Schwarz, ta có

2a2 b2 c2 (a − b)2 + (b − c)2 + (c − a)2
(b − c)2

.
1
a2 b2 + b2 c2 + c2 a2
a2

Vì thế ta cần chứng minh

a+b+c
ab + bc + ca

.
(ab + bc + ca)2 − 2abc(a + b + c)
3abc + (a + b + c) [(a + b + c)2 − 3(ab + bc + ca)]
Chọn p = 1 và ab + bc + ca = q, abc = r khi đó ta chứng minh
r(3q + 2) + q − 4q 2 ≥ 0.

Hay

1
Áp dụng Schur, ta đi chứng minh
4
(4q − 1)
(3q + 2) + q − 4q 2 ≥ 0.
9

BẤ
T

Trường hợp q ≥

2(4q − 1)(1 − 3q)
≥ 0.
9

Trường hợp q <

Đúng

1
vì r > 0 nên
4
r(3q + 2) + q − 4q 2 > q(1 − 4q) > 0.

Vậy nên hoàn tất chứng minh. ❑
16


0.4. CHẶT HƠN NẾU CÓ THỂ

Bất đẳng thức cần chứng minh

giả sử rằng

TH
ỨC

1
1
1
6
+ 2+ 2+ 2
≥ 5 (xyz = 1, x, y > 0)
2
x
y
z
x + y2 + z2
(x2 − 1)(y 2 − 1) ≥ 0.
Hay

1 + z2
x +y ≤1+x y =
.
z2
2

2

2 2

Áp dụng AG, ta cần chứng minh
2z +

6
1
+
≥ 5.
z2
1 + z2
+ z2
z2

Rút gọn ta được

ĐẲ
NG

(z − 1)2 z(z − 1)2 (2z 2 + 3z + 2) + 1 ≥ 0

BẤ
T

Hoàn tất chứng minh.❑

17



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×