6. 1 CÂĄc b§t ÂŻng thĂčc kinh iÂșn
1.1 B§t ÂŻng thĂčc giĂșa trung bÂŒnh cĂ«ng v trung bÂŒnh nh„n (AM-GM).
Nžu a1; a2; : : : ; an l cÂĄc sĂš thĂŒc khĂŠng „m, thÂŒ
a1 + a2 + : : : + an n n p
a1a2 : : : an:
ÂŻng thĂčc xÂŁy ra khi v chÂż khi a1 = a2 = : : : = an.
1.2 B§t ÂŻng thĂčc giĂșa trung bÂŒnh cĂ«ng v trung bÂŒnh i·u ho (AM-HM).
Nžu a1; a2; : : : ; an l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng, thÂŒ
a1 + a2 + : : : + an
n
n
1
a1
+ 1
a2
+ : : : + 1
an
:
ÂŻng thĂčc xÂŁy ra khi v chÂż khi a1 = a2 = : : : = an.
ThĂŒc ch§t „y l mĂ«t h» quÂŁ trĂŒc tižp cĂ”a b§t ÂŻng thĂčc Cauchy - Schwarz. Hai trĂ·Ăng hñp thĂ·Ăng
֖c sĂ» döng nh§t cĂ”a b§t ÂŻng thĂčc n y l khi n = 3 hay n = 4.
VĂźi n = 3, ta cĂą
a + b + c
3
3
1
a + 1
b + 1
c
;
1
a
+
1
b
+
1
c
9
a + b + c
:
VĂźi n = 4, ta cĂą
a + b + c + d
4
4
1
a + 1
b + 1
c + 1
d
;
1
a
+
1
b
+
1
c
+
1
d
16
a + b + c + d
:
1.3 B§t ÂŻng thĂčc Cauchy - Schwarz.
D€ng sĂŹ c§p cĂ”a nĂą ֖c phÂĄt biÂșu nhĂ· sau:
Nžu a1; a2; : : : ; an v b1; b2; : : : ; bn l cÂĄc sĂš thĂŒc tuĂœ ĂŸ, thÂŒ
(a1b1 + a2b2 + : : : + anbn)2 (a21
+ a22
+ : : : + a2
n)(b1 + b2 + : : : + b2
n):
ÂŻng thĂčc xÂŁy ra khi v chÂż khi
a1
b1
=
a2
b2
= : : : =
an
bn
, trong ù ta sû döng quy ÷ßc: nžu mšu
bÂŹng 0 thÂŒ tĂ» cĂŽng bÂŹng 0.
Trong ¥nh gi¥ tr¶n, chÄn ai =
xi
p
yi
,bi =
p
yi vĂźi xi; yi 2 R; yi 0, ta thu ֖c b§t ÂŻng thĂčc
Cauchy - Schwarz d€ng ph„n thĂčc:
Nžu x1; x2; : : : ; xn l cÂĄc sĂš thĂŒc v y1; y2; : : : ; yn, l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng, thÂŒ
x21
y1
+
x22
y2
+ : : : +
x2
n
yn
(x1 + x2 + : : : + xn)2
y1 + y2 + : : : + yn
:
ÂŻng thĂčc xÂŁy ra khi v chÂż khi
x1
y1
=
x2
y2
= : : : =
xn
yn
.
6
7. 1.4 B§t ÂŻng thĂčc Holder.
Cho xij (i = 1; 2; : : : ;m; j = 1; 2; : : : ; n) l cÂĄc sĂš thĂŒc khĂŠng „m. Khi Ăą ta cĂą
Ym
i=1
Xn
j=1
xij
! 1
m
Xn
j=1
Ym
i=1
x
1
m
ij
!
:
TĂȘng quÂĄt hĂŹn, nžu p1; p2; : : : ; pn l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thoÂŁ mÂąn p1 + p2 + : : : + pn = 1, thÂŒ
Ym
i=1
Xn
j=1
xij
!pi
Xn
j=1
Ym
i=1
xpi
ij
!
:
1.5 B§t ÂŻng thĂčc Chebyshev.
Cho hai dÂąy sĂš thĂŒc a1 a2 : : : an v b1; b2; : : : ; bn. Khi Ăą
1. Nžu b1 b2 : : : bn thŒ n
Xn
i=1
aibi
Xn
i=1
ai
!
Xn
i=1
bi
!
;
2. Nžu b1 b2 : : : bn thŒ n
Xn
i=1
aibi
Xn
i=1
ai
!
Xn
i=1
bi
!
.
1.6 B§t ÂŻng thĂčc Minkowski.
Cho hai d¹y sÚ d÷Ïng a1; a2; : : : ; an v b1; b2; : : : ; bn. Vßi mÄi r 1, ta cù
Xn
i=1
(ai + bi)r
#1
r
Xn
i=1
ari
!1
r
+
Xn
i=1
bri
!1
r
:
vuut
TrĂ·Ăng hñp r = 2 l trĂ·Ăng hñp thĂ·Ăng ֖c sĂ» döng nh§t cĂ”a b§t ÂŻng thĂčc Minkowski. Khi Ăą
ta cĂą Xn
i=1
(ai + bi)2
vuut
Xn
i=1
a2i
+
vuut
Xn
i=1
b2i
:
1.7 B§t ÂŻng thĂčc Schur.
Cho cÂĄc sĂš thĂŒc khĂŠng „m a; b; c. Khi Ăą vĂźi mĂ„i sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng r, ta cĂą
ar(a b)(a c) + br(b a)(b c) + cr(c a)(c b) 0:
ÂŻng thĂčc xÂŁy ra khi v chÂż khi a = b = c, ho°c a = 0 v b = c, ho°c cÂĄc hoÂĄn vĂ tĂ·ĂŹng Ăčng.
Hai trĂ·Ăng hñp thĂ·Ăng ֖c sĂ» döng nh§t cĂ”a b§t ÂŻng thĂčc Schur l r = 1 v r = 2.
VĂźi r = 1, ta cĂą b§t ÂŻng thĂčc Schur bÂȘc ba
a3 + b3 + c3 + 3abc ab(a + b) + bc(b + c) + ca(c + a);
(a + b + c)3 + 9abc 4(a + b + c)(ab + bc + ca);
(b c)2(b + c a) + (c a)2(c + a b) + (a b)2(a + b c) 0;
7
8. a2 + b2 + c2 +
9abc
a + b + c
2(ab + bc + ca);
a
b + c
+
b
c + a
+
c
a + b
+
4abc
(a + b)(b + c)(c + a)
2:
VĂźi r = 2, ta thu ֖c b§t ÂŻng thĂčc Schur bÂȘc bĂšn
a4 + b4 + c4 + abc(a + b + c) ab(a2 + b2) + bc(b2 + c2) + ca(c2 + a2):
1.8 B§t ÂŻng thĂčc Vornicu - Schur.
VĂźi mĂ„i sĂš thĂŒc a; b; c v x; y; z 0, b§t ÂŻng thĂčc
x(a b)(a b) + y(b c)(b a) + z(c a)(c b) 0
óng nžu mët trong c¥c i·u ki»n sau ÷ñc tho£ m¹n
1. a b c v x y;
2. a b c v z y;
3. a b c v x + z y;
4. a b c 0 v ax by;
5. a b c 0 v cz by;
6. a b c 0 v ax + cz by;
7. x; y; z l ë d i ba c€nh cÔa mët tam gi¥c;
8. x; y; z l bÂŒnh phĂ·ĂŹng Ă« d i ba c€nh cĂ”a mĂ«t tam giÂĄc;
9. ax; by; cz l ë d i ba c€nh cÔa mët tam gi¥c;
10. ax; by; cz l bÂŒnh phĂ·ĂŹng Ă« d i ba c€nh cĂ”a mĂ«t tam giÂĄc;
11. Tçn t€i mĂ«t h m lçi t : I ! R+, trong Ăą I l tÂȘp xÂĄc Ă nh cĂ”a a; b; c, sao cho x =
t(a); y = t(b); z = t(c).
1.9 B§t ÂŻng thĂčc Bernoulli.
Nžu 1 ho°c 0 thŒ (1 + x) 1 + x; 8x 1.
Nžu 0 1 thŒ (1 + x) 1 + x; 8x 1.
8
15. NhĂ· vÂȘy Âș kžt thĂłc chĂčng minh, ta cŠn chÂż ra rÂŹng
a
b
+
b
a
+
a
c
b
c
+
c
b
+
c
a
(ab + bc + ca)
1
a2 +
1
b2 +
1
c2
:
Tuy nhi¶n bÂŹng phÂČp bižn ĂȘi tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng ta ֖c
(b a)(b c)
ca
0;
l mët ¥nh gi¥ óng do ta ¹ gi£ sû b = max fa; b; cg.
PhÂČp chĂčng minh žn „y ho n t§t.2
LĂi giÂŁi 3. B§t ÂŻng thĂčc ban Šu mang tÂœnh Ăši xĂčng giĂșa cÂĄc bižn n¶n khĂŠng m§t tÂœnh tĂȘng
quÂĄt, ta giÂŁ sĂ» b nÂŹm giĂșa a v c.
Ta ÂĄp döng b§t ÂŻng thĂčc AM-GM nhĂ· sau:
4(ab + bc + ca)
1
a2 +
1
b2 +
1
c2
ab + bc + ca
ca
+ ca
1
a2 +
1
b2 +
1
c2
2
:
NhĂ· vÂȘy Âș kžt thĂłc chĂčng minh, ta cŠn chÂż ra rÂŹng
b + c
a
+
c + a
b
+
a + b
c
ab + bc + ca
ca
+ ca
1
a2 +
1
b2 +
1
c2
:
ThĂŒc hi»n phÂČp bižn ĂȘi tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng ta ֖c b§t ÂŻng thĂčc
(a b)(b c)
b2
0;
tuy nhi¶n „y l€i l mĂ«t ÂĄnh giÂĄ Ăłng do ta Âą giÂŁ sĂ» b nÂŹm giĂșa a v c.
PhÂČp chĂčng minh žn „y ho n t§t.2
NhÂȘn xÂČt. LĂi giÂŁi Šu ti¶n khĂŠng mang nhi·u ĂŸ nghŸa lÂm, vÂŒ nĂą ĂŹn thuŠn chÂż l bižn ĂȘi tĂ·ĂŹng
Ă·ĂŹng k±m theo mĂ«t chĂłt tinh ĂŸ trong sĂ» döng cÂĄc ÂĄnh giÂĄ quen thuĂ«c v cĂŹ bÂŁn. à „y ta b n
th¶m v· hai lĂi giÂŁi bÂŹng AM-GM.
Ta nh
ÂȘn th§y rÂŹng phÂĄt biÂșu cĂ”a b i toÂĄn cĂą d€ng ChĂčng minh rÂŹng A2 4BC (Ă° „y
b + c
A =
a
+
c + a
b
+
a + b
c
2
, B = ab + bc + ca v C =
1
a2 +
1
b2 +
1
c2 . NhÂȘn xÂČt n y khÂĄ °c
bi»t, nù gióp ta li¶n t÷ðng žn mët ¥nh gi¥ quen thuëc sau bng AM-GM:
(x + y)2 4xy 8x; y 0:
Do vÂȘy, mĂ«t cÂĄch tĂŒ nhi¶n ta nghŸ ra hai hĂ·Ăźng Âș giÂŁi quyžt b i toÂĄn tr¶n bÂŹng AM-GM:
1. BiÂșu diÂčn A = X +Y , vĂźi X v Y l hai €i l֖ng thÂœch hñp, sau Ăą ÂĄp döng b§t ÂŻng thĂčc
AM-GM Âș cĂą A2 4XY , tĂž Ăą i chĂčng minh XY BC; ho°c
15
18. CĂ«ng vž theo vž b§t ÂŻng thĂčc n y vĂźi hai b§t ÂŻng thĂčc tĂ·ĂŹng tĂŒ cho ta
1
(a + b + 2
p
a + c)3
+
1
(b + c + 2
p
b + a)3
+
1
(c + a + 2
p
c + b)3
4(a + b + c)
27(a + b)(b + c)(c + a)
:
HĂŹn nĂșa, theo mĂ«t kžt quÂŁ quen thuĂ«c, ta l€i cĂą
(a + b)(b + c)(c + a)
8
9
(a + b + c)(ab + bc + ca);
do vÂȘy
1
(a + b + 2
p
a + c)3
+
1
(b + c + 2
p
b + a)3
+
1
(c + a + 2
p
c + b)3
1
6(ab + bc + ca)
:()
žn „y ta sĂ» döng giÂŁ thižt v ¥nh giÂĄ cĂŹ bÂŁn (ab + bc + ca)2 3abc(a + b + c) Âș cĂą
16(a + b + c)
1
a
+
1
b
+
1
c
3(a + b + c)
ab + bc + ca
;
tĂž Ăą suy ra ab + bc + ca
3
16
. Kžt hñp vßi () ta suy ra
1
(a + b + 2
p
a + c)3
+
1
(b + c + 2
p
b + a)3
+
1
(c + a + 2
p
c + b)3
8
9
:
PhÂČp chĂčng minh žn „y ho n t§t.2
NhÂȘn xÂČt.
1. CĂą thÂș th§y ÂĄnh giÂĄ ban Šu a+b+
r
a + c
2
+
r
a + c
2
r
3 3
(a + b)(a + c)
2
chÂœnh l iÂșm
m§u chĂšt Âș giÂŁi quyžt b i toÂĄn. ThĂŒc ra ÂĄnh giÂĄ n y khĂŠng khĂą nghŸ tĂźi vÂŒ · b i Âą ngŠm
gñi ĂŸ cho chĂłng ta phÂŁi ÂĄp döng b§t ÂŻng thĂčc AM-GM cho ba sĂš.
2. Sau khi ÂĄnh giÂĄ bÂŹng AM-GM, ta cĂą thÂș sĂ» döng luĂŠn giÂŁ thižt Âș Ă·a v· b§t ÂŻng thĂčc
thuŠn nh§t sau:
(a + b + c)
(a + b)(b + c)(c + a)
3(ab + bc + ca)
8abc(a + b + c)
:
B§t ÂŻng thĂčc n y cĂą thÂș ֖c chĂčng minh bÂŹng nhi·u cÂĄch khÂĄc nhau.
1.12 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thoÂŁ mÂąn a + b + c =
1
a
+
1
b
+
1
c
. ChĂčng minh rÂŹng:
5(a + b + c) 7 + 8abc
LĂi giÂŁi. TrĂ·Ăźc hžt tĂž giÂŁ thižt ta cĂą
a + b + c =
1
a
+
1
b
+
1
c
9
a + b + c
;
tĂž Ăą suy ra a + b + c = 3.
CĂŽng tĂž giÂŁ thižt ta cĂą ab+bc+ca = abc(a+b+c), tĂž „y ta suy ra b§t ÂŻng thĂčc sau l tĂ·ĂŹng
Ă·ĂŹng vĂźi b§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh
5(a + b + c)2 7(a + b + c) + 8(ab + bc + ca):
18
19. Âș ĂŸ rÂŹng ta cĂą ÂĄnh giÂĄ cĂŹ bÂŁn sau:
(a + b + c)2 3(ab + bc + ca);
do vÂȘy Âș cĂą kžt luÂȘn cho b i toÂĄn ta cŠn chÂż ra rÂŹng
5(a + b + c)2 7(a + b + c) +
8(a + b + c)2
3
;
hay a + b + c 3, l mĂ«t ÂĄnh giÂĄ Ăłng do ta Âą chĂčng minh Ă° tr¶n.
Do vÂȘy b§t ÂŻng thĂčc ban Šu ֖c chĂčng minh xong. B i toÂĄn kžt thĂłc.2
1.13 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thoÂŁ mÂąn
1
a
+
1
b
+
1
c
16(a+b+c). ChĂčng minh rÂŹng:
1
2 + a2 +
1
2 + b2 +
1
2 + c2
1
LĂi giÂŁi. B§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng vĂźi
a2
2 + a2 +
b2
2 + b2 +
c2
2 + c2
1:
Âp döng b§t ÂŻng thĂčc Cauchy - Schwarz, ta cĂą
a2
2 + a2 +
b2
2 + b2 +
c2
2 + c2
(a + b + c)2
a2 + b2 + c2 + 6
:
NhĂ· vÂȘy Âș kžt thĂłc chĂčng minh ta cŠn chÂż ra rÂŹng
(a + b + c)2
a2 + b2 + c2 + 6
1:
ThĂŒc hi»n phÂČp khai triÂșn tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng ta ֖c ab + bc + ca 3. Tuy nhi¶n b§t ÂŻng thĂčc n y
Ăłng nhĂ v o giÂŁ thižt cĂ”a b i toÂĄn. LĂ·u ĂŸ rÂŹng tĂž giÂŁ thižt ta cĂą
ab + bc + ca = abc(a + b + c);
v theo mĂ«t ÂĄnh giÂĄ quen thuĂ«c thÂŒ abc(a + b + c)
(ab + bc + ca)2
3
, tĂž Ăą ta suy ra
ab + bc + ca
(ab + bc + ca)2
3
;
hay ab + bc + ca 3. PhÂČp chĂčng minh žn „y ho n t§t.2
1.14 Cho a; b; c; d l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thoÂŁ mÂąn a+b+c+d = 1. TÂŒm giÂĄ trĂ nhĂ€ nh§t cĂ”a
biÂșu thĂčc:
P =
1
a2 + b2 + c2 + d2 +
1
abc
+
1
bcd
+
1
cda
+
1
dab
LĂi giÂŁi. KÂœ hi»u
X
l tĂȘng hoÂĄn vĂ . TrĂ·Ăźc hžt ta sĂ» döng AM-GM v giÂŁ thižt Âș cĂą cÂĄc ÂĄnh
giÂĄ sau:
abcd
a + b + c + d
4
4
=
1
256
;
ab + ac + ad + bc + bd + cd
3(a + b + c + d)2
8
=
3
8
:
Kžt hñp cÂĄc ÂĄnh giÂĄ n y vĂźi b§t ÂŻng thĂčc Cauchy - Schwarz ta suy ra ֖c cÂĄc b§t ÂŻng thĂčc
sau:
19
24. 1
1 + xy + z2 =
xy + yz + zx
x2 + xy + xz + 2yz
=
1
ab + 1
bc + 1
ca
1
a2 + 1
ab + 1
ac + 2
bc
=
a(a + b + c)
2a2 + ab + bc + ca
;
do Ăą b§t ÂŻng thĂčc Âą cho tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng vĂźi
X a
2a2 + ab + bc + ca
9
5(a + b + c)
:
Nh„n cÂŁ hai vž cĂ”a b§t ÂŻng thĂčc n y vĂźi ab + bc + ca v chĂł ĂŸ rÂŹng
a(ab + bc + ca)
2a2 + ab + bc + ca
= a
2a3
2a2 + ab + bc + ca
;
ta ֖c
2
X a3
2a2 + ab + bc + ca
+
9(ab + bc + ca)
5(a + b + c)
a + b + c:
Âp döng b§t ÂŻng thĂčc Cauchy - Schwarz, ta cĂą
X a3
2a2 + ab + bc + ca
(
X
a2)2
X
a(2a2 + ab + bc + ca)
=
(
X
a2)2
6abc + (
X
a)(2
X
a2
X
ab)
:
(1)
M°t khÂĄc, tĂž b§t ÂŻng thĂčc cĂŹ bÂŁn (ab + bc + ca)2 3abc(a + b + c), ta l€i cĂą
3abc
(ab + bc + ca)2
a + b + c
: (2)
Kžt hñp (1) v (2), ta suy ra
X a3
2a2 + ab + bc + ca
X
(
a2)2(
X
a)
X
2(
ab + bc + ca)2 + (
X
a)2(2
X
a2
X
ab)
:
=
X
(
X
a2)(
a)
2
X
a2 + 3
X
ab
:
CuĂši cĂČng ta chÂż cŠn chĂčng minh
2(a2 + b2 + c2)(a + b + c)
2(a2 + b2 + c2) + 3(ab + bc + ca)
+
9(ab + bc + ca)
5(a + b + c)
a + b + c:
Sau khi khai triÂșn v rĂłt gĂ„n, ta ֖c b§t ÂŻng thĂčc hiÂșn nhi¶n Ăłng
(ab + bc + ca)(a2 + b2 + c2 ab bc ca) 0:
B i toÂĄn ֖c chĂčng minh xong.2
24
25. 1.19 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thoÂŁ mÂąn a + b + c =
1
a
+
1
b
+
1
c
. ChĂčng minh rÂŹng:
(b + c a)(c + a b)(a + b c) 1
LĂi giÂŁi 1. B§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh mang tÂœnh Ăši xĂčng giĂșa cÂĄc bižn, do Ăą khĂŠng m§t
tÂœnh tĂȘng quÂĄt, ta giÂŁ sĂ» a b c. Khi Ăą a + b c 0 v c + a b 0.
Nžu b+ca 0 thÂŒ b§t ÂŻng thĂčc hiÂșn nhi¶n Ăłng do (b+ca)(c+ab)(a+bc) 0 1. Do
Ăą ta chÂż cŠn giÂŁi quyžt b i toÂĄn trong trĂ·Ăng hñp b+ca 0. LĂłc n y ta °t x = b+ca; y =
c + a b; z = a + b c. Khi ù ta vižt l€i i·u ki»n nh÷ sau
x; y; z 0; x + y + z =
2
x + y
+
2
y + z
+
2
z + x
;
v ta cŠn chĂčng minh
xyz 1:
Ta sÂł giÂŁi quyžt b i toÂĄn bÂŹng phĂ·ĂŹng phÂĄp phÂŁn chĂčng. ThÂȘt vÂȘy, giÂŁ sĂ» rÂŹng xyz 1. Khi Ăą
sĂ» döng b§t ÂŻng thĂčc AM-GM, ta suy ra
x + y + z =
2
x + y
+
2
y + z
+
2
z + x
1
p
xy
+
1
p
yz
+
1
p
zx
;
hay
p
x +
p
y +
p
z
p
xyz(x + y + z). HĂŹn nĂșa, ta cĂŽng cĂą xyz 1 n¶n
p
x +
p
y +
p
z x + y + z:
Tuy nhi¶n theo b§t ÂŻng thĂčc AM-GM, ta l€i cĂą
p
x
x + 1
2
. Ta thižt lÂȘp th¶m hai ÂĄnh giÂĄ
tĂ·ĂŹng tĂŒ nĂșa Âș cĂą
x + y + z + 3
2
p
x +
p
y +
p
z x + y + z;
hay x + y + z 3. NhĂ·ng „y l mĂ«t ÂĄnh giÂĄ sai vÂŒ theo mĂ«t kžt quÂŁ quen thuĂ«c, ta cĂą
x + y + z =
2
x + y
+
2
y + z
+
2
z + x
9
x + y + z
;
dšn tĂźi x + y + z 3. M„u thušn n y chĂčng tĂ€ i·u giÂŁ sĂ» ban Šu l sai, do vÂȘy xyz 1.
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t.2
LĂi giÂŁi 2. B§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh mang tÂœnh Ăši xĂčng giĂșa cÂĄc bižn, do Ăą khĂŠng m§t
tÂœnh tĂȘng quÂĄt, ta giÂŁ sĂ» a b c. Khi Ăą a + b c 0 v c + a b 0.
Nžu b+ca 0 thÂŒ b§t ÂŻng thĂčc hiÂșn nhi¶n Ăłng do (b+ca)(c+ab)(a+bc) 0 1. Do
Ăą ta chÂż cŠn giÂŁi quyžt b i toÂĄn trong trĂ·Ăng hñp b+ca 0. LĂłc n y ta °t x = b+ca; y =
c + a b; z = a + b c. Khi ù ta vižt l€i i·u ki»n nh÷ sau
x; y; z 0; x + y + z =
2
x + y
+
2
y + z
+
2
z + x
;
v ta cŠn chĂčng minh
xyz 1:
25
26. Ta sÂł giÂŁi quyžt b i toÂĄn bÂŹng phĂ·ĂŹng phÂĄp phÂŁn chĂčng. ThÂȘt vÂȘy, giÂŁ sĂ» rÂŹng xyz 1. Khi Ăą,
tÞ gi£ thižt, ta suy ra
(x + y + z)2(xy + yz + zx) = 2(x + y + z)2 + 2(xy + yz + zx) + xyz(x + y + z): ()
Tuy nhi¶n, theo b§t ÂŻng thĂčc AM-GM v theo i·u giÂŁ sĂ» Ă° tr¶n, ta cĂą cÂĄc ÂĄnh giÂĄ
xy + yz + zx 3 3 p
x2y2z2 3;
x + y + z 3 3 p
xyz 3;
do vÂȘy ta suy ra
2(x + y + z)2(xy + yz + zx)
3
2(x + y + z)2;
2(x + y + z)2(xy + yz + zx)
9
2(xy + yz + zx);
(x + y + z)2(xy + yz + zx)
9
xyz(x + y + z):
Cëng vž theo vž c¥c ¥nh gi¥ tr¶n l€i, ta ÷ñc
(x + y + z)2(xy + yz + zx) 2(x + y + z)2 + 2(xy + yz + zx) + xyz(x + y + z);
trÂĄi vĂźi (). M„u thušn n y chĂčng tĂ€ i·u giÂŁ sĂ» ban Šu l sai, do vÂȘy xyz 1.
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t.2
1.20 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thoÂŁ mÂąn a + b + c = 3. ChĂčng minh rÂŹng:
1
5a2 + ab + bc
+
1
5b2 + bc + ca
+
1
5c2 + ca + ab
3
7
LĂi giÂŁi. Âp döng b§t ÂŻng thĂčc Cauchy - Schwarz, ta cĂą
1
5a2 + ab + bc
+
1
5b2 + bc + ca
+
1
5c2 + ca + ab
=
X
cyc
(b + c)2
(b + c)2(5a2 + ab + bc)
4(a + b + c)2
X
cyc
(b + c)2(5a2 + ab + bc)
:
Theo Ăą, ta cŠn chĂčng minh rÂŹng
4(a + b + c)2
X
cyc
(b + c)2(5a2 + ab + bc)
3
7
:
SĂ» döng giÂŁ thižt a + b + c = 3, ta th§y rÂŹng b§t ÂŻng thĂčc tr¶n tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng vĂźi
X
28(a + b + c)4 27[
cyc
(b + c)2(5a2 + ab + bc)]:
Sau khi khai triÂșn v rĂłt gĂ„n, ta ֖c
28
X
a4 + 58
X
cyc
a3b + 85
X
cyc
ab3 156
X
a2b2 + 15abc(a + b + c):
26
27. Âș chĂčng minh b§t ÂŻng thĂčc n y, trĂ·Ăźc hžt ta chĂł ĂŸ žn cÂĄc ÂĄnh giÂĄ cĂŹ bÂŁn sau (thu ֖c bÂŹng
b§t ÂŻng thĂčc AM-GM): X
cyc
a3b +
X
cyc
ab3 2
X
a2b2;
X
a4 +
X
cyc
ab3
X
cyc
a3b +
X
cyc
ab3 2
X
a2b2;
X
a4
X
a2b2 abc(a + b + c):
TĂž Ăą ta suy ra
58
X
cyc
a3b + 58
X
cyc
ab3 116
X
a2b2;
27
X
a4 + 27
X
cyc
ab3 54
X
a2b2;
X
a4 + 14
X
a2b2 15abc(a + b + c):
CĂ«ng vž theo vž cÂĄc ÂĄnh giÂĄ tr¶n, ta thu ֖c b§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh.
B i to¥n kžt thóc.2
1.21 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thay ĂȘi b§t kÂŒ. ChĂčng minh rÂŹng:
b + c
2a2 + bc
+
c + a
2b2 + ca
+
a + b
2c2 + ab
6
a + b + c
LĂi giÂŁi. Nh„n cÂŁ hai vž cĂ”a b§t ÂŻng thĂčc cho 4(a + b + c), ta ֖c
4(b + c)(a + b + c)
2a2 + bc
+
4(c + a)(a + b + c)
2b2 + ca
+
4(a + b)(a + b + c)
2c2 + ab
24:
Do
4(b + c)(a + b + c)
2a2 + bc
=
(a + 2b + 2c)2
2a2 + bc
a2
2a2 + bc
n¶n ta cù
X(a + 2b + 2c)2
2a2 + bc
24 +
X a2
2a2 + bc
:
B§t ÂŻng thĂčc n y ֖c suy ra bÂŹng cÂĄch cĂ«ng hai b§t ÂŻng thĂčc
a2
2a2 + bc
+
b2
2b2 + ca
+
c2
2c2 + ab
1;
(a + 2b + 2c)2
2a2 + bc
+
(b + 2c + 2a)2
2b2 + ca
+
(c + 2c + 2b)2
2c2 + ab
25:
Do
a2
2a2 + bc
=
1
2
bc
2(2a2 + bc)
n¶n b§t ÂŻng thĂčc thĂč nh§t tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng vĂźi
bc
2a2 + bc
+
ca
2b2 + ca
+
ab
2c2 + ab
1;
Ăłng vÂŒ theo b§t ÂŻng thĂčc Cauchy - Schwarz
X bc
2a2 + bc
X
bc
2
X
bc(2a2 + bc)
= 1:
27
28. B„y giĂ ta sÂł chĂčng minh b§t ÂŻng thĂčc thĂč hai. „y l b§t ÂŻng thĂčc Ăši xĂčng n¶n khĂŠng m§t
tÂœnh tĂȘng quÂĄt, ta giÂŁ sĂ» c = minfa; b; cg. °t t =
b + c
2
, ta sÂł chĂčng minh
(a + 2b + 2c)2
2a2 + bc
+
(b + 2c + 2a)2
2b2 + ca
2(3t + 2c)2
2t2 + tc
: ()
SĂ» döng b§t ÂŻng thĂčc Cauchy - Schwarz, ta cĂą
(a + 2b + 2c)2
2a2 + bc
+
(b + 2c + 2a)2
2b2 + ca
[b(a + 2b + 2c) + a(b + 2c + 2a)]2
b2(2a2 + bc) + a2(2b2 + ca)
=
2(4t2 ab + 2tc)2
2a2b2 3abtc + 4t3c
:
VŒ tc ab t2 n¶n
2a2b2 3abtc (2t4 3t3c) = (t2 ab)(2t2 + 2ab 3tc) 0;
tÞ ù dšn žn
(a + 2b + 2c)2
2a2 + bc
+
(b + 2c + 2a)2
2b2 + ca
2(4t2 ab + 2tc)2
2a2b2 3abtc + 4t3c
2(3t2 + 2tc)2
2t4 3t3c + 4t3c
=
2(3t + 2c)2
2t2 + tc
:
M°t kh¥c, ta l€i cù
(c + 2c + 2b)2
2c2 + ab
(4t + c)2
t2 + 2c2 : ()
Kžt hñp hai ÂĄnh giÂĄ () v (), ta Ă·a b i toÂĄn v· vi»c chĂčng minh
2(3t + 2c)2
2t2 + tc
+
(4t + c)2
t2 + 2c2
25:
Sau khi thu gĂ„n, ta ֖c b§t ÂŻng thĂčc hiÂșn nhi¶n Ăłng
c(31t + 16c)(t c)2
t(2t + c)(t2 + 2c2)
0:
B i toÂĄn ֖c chĂčng minh xong.2
1.22 Cho a; b; c; d l cÂĄc sĂš thĂŒc khĂŠng „m thĂ€a mÂąn a2+b2+c2+d2 = 1. ChĂčng minh rÂŹng:
a
b2 + 1
+
b
c2 + 1
+
c
d2 + 1
+
d
a2 + 1
p
a + b
4(a
p
b + c
p
c + d
p
d)2
5
LĂi giÂŁi. Âp döng b§t ÂŻng thĂčc Cauchy - Schwarz, ta cĂą
a
b2 + 1
+
b
c2 + 1
+
c
d2 + 1
+
d
a2 + 1
=
a3
a2b2 + a2 +
b3
b2c2 + b2 +
c3
c2d2 + c2 +
d3
d2a2 + d2
p
a + b
(a
p
b + c
p
d)2
p
c + d
a2 + b2 + c2 + d2 + a2b2 + b2c2 + c2d2 + a2d2 :
28
29. NhĂ· vÂȘy, Âș kžt thĂłc chĂčng minh, ta cŠn chÂż ra rÂŹng
a2 + b2 + c2 + d2 + a2b2 + b2c2 + c2d2 + a2d2
5
4
;
hay (a2 + c2)(b2 + d2)
1
4
. Tuy nhi¶n „y l€i l ¥nh giÂĄ Ăłng vÂŒ theo b§t ÂŻng thĂčc AM-GM:
(a2 + c2)(b2 + d2)
(a2 + c2 + b2 + d2)2
4
=
1
4
;
do vÂȘy b§t ÂŻng thĂčc ban Šu ֖c chĂčng minh xong.
B i to¥n kžt thóc.2
1.23 Cho x,y,z l cÂĄc sĂš thĂŒc thuĂ«c o€n [0; 1]. ChĂčng minh rÂŹng:
x
3 p
1 + y3
+
y
3 p
1 + z3
+
z
3 p
1 + x3
3
3 p
1 + xyz
LĂi giÂŁi. Do x; y; z 2 [0; 1] n¶n ta cĂą
x
3 p
1 + y3
+
y
3 p
1 + z3
+
z
3 p
1 + x3
1
3 p
1 + y3
+
1
3 p
1 + z3
+
1
3 p
1 + x3
:
Âș ĂŸ rÂŹng theo b§t ÂŻng thĂčc Holder, ta ֖c ÂĄnh giÂĄ sau vĂźi mĂ„i sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng a; b; c:
(a + b + c)3 9(a3 + b3 + c3);
hay (a + b + c) 3 p
9(a3 + b3 + c3). Sû döng ¥nh gi¥ n y, ta cù
1
3 p
1 + y3
+
1
3 p
1 + z3
+
1
3 p
1 + x3
s
9
3
1
1 + y3 +
1
1 + x3 +
1
1 + z3
:
NhĂ· vÂȘy, Âș kžt thĂłc chĂčng minh, ta cŠn chÂż ra rÂŹng
1
1 + y3 +
1
1 + x3 +
1
1 + z3
3
1 + xyz
: ()
Âș ĂŸ rÂŹng vĂźi hai sĂš thĂŒc a; b thay ĂȘi trong o€n [0; 1] ta luĂŠn cĂą
1
1 + a2 +
1
1 + b2
2
1 + ab
=
(ab 1)(a b)2
(1 + a2)(1 + b2)(1 + ab)
0:
Sû döng ¥nh gi¥ n y, ta ÷ñc
1
1 + x3 +
1
1 + y3 +
1
1 + z3 +
1
1 + xyz
2
1 +
p
x3y3
+
2
1 +
p
z4xy
4
1 + xyz
:
Do vÂȘy ÂĄnh giÂĄ () ֖c chĂčng minh, dšn žn b§t ÂŻng thĂčc ban Šu Ăłng.
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t.2
1.24 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thay ĂȘi b§t kÂŒ. ChĂčng minh rÂŹng:
a2
b + c
+
b2
a + c
+
c2
a + b
a + b + c
2
29
30. LĂi giÂŁi 1. Âp döng b§t ÂŻng thĂčc Cauchy-Schwartz, ta cĂą
a2
b + c
+
b2
a + c
+
c2
a + b
(a + b + c)2
2(a + b + c)
=
a + b + c
2
:
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t. 2
LĂi giÂŁi 2. Âp döng b§t ÂŻng thĂčc AM-GM cho hai sĂš dĂ·ĂŹng, ta cĂą
a2
b + c
+
b + c
4
a:
CĂ«ng vž theo vž ÂĄnh giÂĄ n y vĂźi hai ÂĄnh giÂĄ tĂ·ĂŹng tĂŒ khÂĄc, ta ֖c:
a2
b + c
+
b2
a + c
+
c2
a + b
+
a + b + c
2
a + b + c;
tĂž Ăą ta thu ֖c b§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh.
B i to¥n kžt thóc.2
LĂi giÂŁi 3. B§t ÂŻng thĂčc ban Šu mang tÂœnh Ăši xĂčng giĂșa cÂĄc bižn, do Ăą khĂŠng m§t tÂœnh tĂȘng
quÂĄt, ta giÂŁ sĂ» a b c. Khi Ăą ta cĂą
1
b + c
1
a + c
1
a + b
:
NhĂ· vÂȘy, theo b§t ÂŻng thĂčc Chebyshev, ta cĂą
a2
b + c
+
b2
a + c
+
c2
a + b
1
3
:(a2 + b2 + c2):(
1
a + b
+
1
b + c
+
1
a + c
):
žn „y ta ¥p döng hai ¥nh gi¥ cÏ b£n x2 + y2 + z2
(x + y + z)2
3
vÂ
1
x
+
1
y
+
1
z
9
x + y + z
Âș cĂą
a2
b + c
+
b2
a + c
+
c2
a + b
1
3
:
(a + b + c)2
3
:
9
2(a + b + c)
=
a + b + c
2
:
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t.2
1.25 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thay ĂȘi b§t kÂŒ. ChĂčng minh rÂŹng:
4 p
3 + a4 + 4 p
3 + b4 + 4 p
3 + c4 4 p
108(a + b + c)
LĂi giÂŁi. Âp döng b§t ÂŻng thĂčc Holder, ta cĂą
(1 + 3)(1 + 3)(1 + 3)(a4 + 3) (a + 3)4;
tĂž Ăą suy ra 4 p
3 + a4
3 + a
4 p
64
. Thižt lÂȘp cÂĄc ÂĄnh giÂĄ tĂ·ĂŹng tĂŒ v cĂ«ng l€i, ta ֖c
4 p
3 + a4 + 4 p
3 + b4 + 4 p
3 + c4
9 + a + b + c
4 p
64
:
HĂŹn nĂșa, theo b§t ÂŻng thĂčc AM-GM, ta cĂą
9 + a + b + c = 3 + 3 + 3 + (a + b + c) 4 4 p
27(a + b + c);
30
31. nhĂ· vÂȘy
4 p
3 + a4 + 4 p
3 + b4 + 4 p
3 + c4
4 4 p
27(a + b + c)
4 p
64
= 4 p
108(a + b + c):
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t.2
1.26 Cho a; b l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thoÂŁ mÂąn ab 1. ChĂčng minh rÂŹng:
1
1 + a2 +
1
1 + b2
2
1 + ab
LĂi giÂŁi. ThĂŒc hi»n phÂČp bižn ĂȘi tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng, ta thu ֖c dÂąy cÂĄc ÂĄnh giÂĄ sau:
2 + a2 + b2
a2b2 + a2 + b2 + 1
2
1 + ab
;
2 + 2ab + a3b + b3a + a2 + b2 2a2b2 2a2 2b2 2 0;
(ab 1)(a b)2 0:
ÂĄnh giÂĄ cuĂši cĂČng Ăłng do ab 1, do vÂȘy b§t ÂŻng thĂčc ban Šu ֖c chĂčng minh.
B i to¥n kžt thóc.2
1.27 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thoÂŁ mÂąn a + b + c = 1. ChĂčng minh rÂŹng:
c + ab
a + b
+
a + bc
b + c
+
b + ac
a + c
2
LĂi giÂŁi. Âș ĂŸ rÂŹng ta cĂą
c + ab = c(a + b + c) + ab = (c + a)(c + b);
do vÂȘy b§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng vĂźi
(c + a)(c + b)
a + b
+
(b + a)(b + c)
a + c
+
(a + b)(a + c)
b + c
2:
Âp döng ÂĄnh giÂĄ cĂŹ bÂŁn x2 + y2 + z2 xy + yz + zx, ta th§y ÂĄnh giÂĄ tr¶n Ăłng do
(c + a)(c + b)
a + b
+
(b + a)(b + c)
a + c
+
(a + b)(a + c)
b + c
b + c + a + b + c + a = 2:
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t.2
1.28 Cho x; y; z l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thoÂŁ mÂąn 2x + 3y + z = 1. TÂŒm giÂĄ trĂ nhĂ€ nh§t cĂ”a
biÂșu thĂčc:
P = x3 + y3 + z3
LĂi giÂŁi. Âp döng b§t ÂŻng thĂčc Holder, ta cĂą
p
2 + 3
P(2
p
3 + 1)2 = (x3 + y3 + z3)(2
p
2 + 3
p
3 + 1)(2
p
2 + 3
p
3 + 1)
(2x + 3y + z)3 = 1:
31
33. Kžt hñp hai ÂĄnh giÂĄ () v (), ta thu ֖c b§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh.
B i to¥n kžt thóc.2
1.31 Cho x; y; z l cÂĄc sĂš thĂŒc khĂŠng „m thoÂŁ mÂąn x2 + y2 + z2 = 3. TÂŒm giÂĄ trĂ lĂźn nh§t
cĂ”a biÂșu thĂčc:
P = xy + yz + zx +
5
x + y + z
LĂi giÂŁi. Âș ĂŸ rÂŹng
P =
(x + y + z)2 x2 y2 z2
2
+
5
x + y + z
=
(x + y + z)2
2
+
5
x + y + z
3
2
;
tĂž Ăą °t t = x + y + z, ta Ă·a b i toÂĄn v· vi»c tÂŒm giÂĄ trĂ lĂźn nh§t cĂ”a biÂșu thĂčc
Q = t2 +
10
t
:
Âș ĂŸ rÂŹng tĂž ÂĄnh giÂĄ x2 +y2 +z2 (x+y +z)2 3(x2 +y2 +z2), ta suy ra
p
3 t 3, do vÂȘy
t2 +
10
t
37
3
=
(t 3)(3t2 + 9t 10)
3t
0:
NhĂ· vÂȘy Q
37
3
, v vŒ P =
Q
2
3
2
n¶n
P
37
6
3
2
=
14
3
:
CuĂši cĂČng, vĂźi x = y = z = 1 (thoÂŁ mÂąn i·u ki»n) thÂŒ P =
14
3
n¶n ta kžt luÂȘn
14
3
l gi¥ trà lßn
nh§t cĂ”a biÂșu thĂčc P.
B i to¥n kžt thóc.2
1.32 Cho x; y l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thoÂŁ mÂąn 2y x. ChĂčng minh rÂŹng:
1
x3(2y x)
+ x2 + y2 3
LĂi giÂŁi. Ta th§y rÂŹng
1
x3(2y x)
+ x2 + y2 =
1
x2(2xy x2)
+ +x2 + (y2 + x2 x2);
v vÂŒ x2 + y2 2xy theo b§t ÂŻng thĂčc AM-GM n¶n
1
x3(2y x)
+ x2 + y2
1
x2(2xy x2)
+ x2 + (2xy x2):
žn „y ta ÂĄp döng b§t ÂŻng thĂčc AM-GM mĂ«t lŠn nĂșa Âș cĂą
1
x3(2y x)
s
+ x2 + y2 3 3
1
x2(2xy x2)
:x2:(2xy x2) = 3:
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t.2
33
34. 1.33 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thoÂŁ mÂąn ab + bc + ca = 2abc. ChĂčng minh rÂŹng:
1
a(2a 1)2 +
1
b(2b 1)2 +
1
c(2c 1)2
1
2
LĂi giÂŁi. °t m =
1
a
; n =
1
b
; p =
1
c
. Khi Ăą i·u ki»n Âą cho tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng vĂźi m + n + p = 2 (Âș
ĂŸ rÂŹng tĂž „y ta cĂą m; n; p 2), v b§t ÂŻng thĂčc Âą cho ֖c vižt l€i th nh
m3
(2 m)2 +
n3
(2 n)2 +
p3
(2 p)2
1
2
:
Âp döng b§t ÂŻng thĂčc AM-GM, ta cĂą
m3
(2 m)2 +
2 m
8
+
2 m
8
3m
4
;
tĂž Ăą suy ra
m3
(2 m)2
m
1
2
. Thižt lÂȘp hai ÂĄnh giÂĄ tĂ·ĂŹng tĂŒ cho n v p v cĂ«ng l€i, ta ֖c
m3
(2 m)2 +
n3
(2 n)2 +
p3
(2 p)2
m + n + p
3
2
=
1
2
:
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t.2
1.34 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc khĂŠng „m thoÂŁ mÂąn a + 2b + 3c = 4. ChĂčng minh rÂŹng:
(a2b + b2c + c2a + abc)(ab2 + bc2 + ca2 + abc) 8
LĂi giÂŁi. Âp döng b§t ÂŻng thĂčc AM-GM, ta cĂą
8(a2b + b2c + c2a + abc)(ab2 + bc2 + ca2 + abc) = 4(a2b + b2c + c2a + abc):2(ab2 + bc2 + ca2 + abc)
(a2b + b2c + c2a + 2ab2 + 2bc2 + 2ca2 + 3abc)2:
HĂŹn nĂșa, ta cĂŽng cĂą
(a + 2b)(b + 2c)(c + 2a) = 9abc + 2a2b + 2ac2 + 4a2c + 2b2c + 4b2a + 4c2b
2(a2b + b2c + c2a + 2ab2 + 2bc2 + 2ca2 + 3abc);
do vÂȘy 8(a2b + b2c + c2a + abc)(ab2 + bc2 + ca2 + abc)
(a + 2b)(b + 2c)(c + 2a)
2
2
. M°t kh¥c,
theo b§t ÂŻng thĂčc AM-GM, ta cĂą
4(a + 2b)(b + 2c)(c + 2a) = (a + 2b)(4b + 8c)(c + 2a)
3a + 6b + 9c
3
3
= (a + 2b + 3c)3 = 64:
NhĂ· vÂȘy, ta suy ra
8(a2b + b2c + c2a + abc)(ab2 + bc2 + ca2 + abc)
64
4:2
2
= 64;
hay (a2b + b2c + c2a + abc)(ab2 + bc2 + ca2 + abc) 8.
34
35. PhÂČp chĂčng minh ho n t§t.2
1.35 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thay ĂȘi b§t kÂŒ. ChĂčng minh rÂŹng:
ab
a + 3b + 2c
+
bc
b + 3c + 2a
+
ac
c + 3a + 2b
a + b + c
6
LĂi giÂŁi. SĂ» döng ÂĄnh giÂĄ cĂŹ bÂŁn
9
x + y + z
1
x
+
1
y
+
1
z
, ta cĂą
9
a + 3b + 2c
=
9
(a + c) + (b + c) + 2b
1
a + c
+
1
b + c
+
1
2b
:
TĂž Ăą ta suy ra
9ab
a + 3b + 2c
ab
a + c
+
ab
b + c
+
a
2
. Ho n to n tĂ·ĂŹng tĂŒ, ta cĂŽng cĂą
9bc
b + 3c + 2a
bc
b + a
+
bc
c + a
+
b
2
;
vÂ
9ca
c + 3a + 2b
ca
c + b
+
ca
a + b
+
c
2
:
Cëng vž theo vž c¥c ¥nh gi¥ tr¶n, ta thu ÷ñc
9ab
a + 3b + 2c
+
9bc
b + 3c + 2a
+
9ca
c + 3a + 2b
ca + ab
b + c
+
ab + bc
a + c
+
bc + ca
b + a
+
a + b + c
2
=
3(a + b + c)
2
;
tĂž „y ta ֖c b§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh.
B i to¥n kžt thóc.2
1.36 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thoÂŁ mÂąn abc = 1. ChĂčng minh rÂŹng:
1
a + b + 4
+
1
b + c + 4
+
1
c + a + 4
1
2
LĂi giÂŁi 1. °t x =
p
a; y =
p
b; z =
p
c. Khi Ăą ta phÂŁi chĂčng minh
1
x2 + y2 + 4
+
1
y2 + z2 + 4
+
1
z2 + x2 + 4
1
2
vßi x; y; z 0 v xyz = 1.
Do
1
x2 + y2 + 4
= 1
x2 + y2
x2 + y2 + 4
= 1
(x + y)2 + (x y)2
2(x2 + y2 + 4)
n¶n b§t ÂŻng thĂčc n y cĂą thÂș ֖c
vižt l€i th nh X (x + y)2
x2 + y2 + 4
+
X (x y)2
x2 + y2 + 4
2:
KhĂŠng m§t tÂœnh tĂȘng quÂĄt, ta giÂŁ sĂ» x y z. SĂ» döng b§t ÂŻng thĂčc Cauchy - Schwarz, ta cĂą
X (x + y)2
x2 + y2 + 4
[(x + y) + (y + z) + (z + x)]2
X
(x2 + y2 + 4)
;
v X (x y)2
x2 + y2 + 4
[x y + y z + x z]2
X
(x2 + y2 + 4)
:
35
36. TĂž „y ta Ă·a b i toÂĄn v· chĂčng minh
2(x + y + z)2 + 2(x z)2 2(x2 + y2 + z2) + 12;
hay 2(x z)2 + 4(xy + yz + zx 3) 0. Tuy nhi¶n „y l€i l ¥nh giÂĄ Ăłng do (x z)2 0 vÂ
theo b§t ÂŻng thĂčc AM-GM thÂŒ
xy + yz + zx 3 3 p
x2y2z2 = 3;
do vÂȘy b§t ÂŻng thĂčc ban Šu ֖c chĂčng minh xong.
B i to¥n kžt thóc.2
LĂi giÂŁi 2. °t x = 3 p
a; y = 3 p
b; z = 3 p
c. Khi Ăą x; y; z 0; xyz = 1 v ta cŠn chĂčng minh
1
x3 + y3 + 4
+
1
y3 + z3 + 4
+
1
z3 + x3 + 4
1
2
VĂźi chĂł ĂŸ ta cĂą ÂĄnh giÂĄ x3 + y3 xy(x + y), çng thĂi l€i cĂą 4 = 4xyz, ta Ă·a b i toÂĄn v· vi»c
chĂčng minh
1
xy(x + y + 4z)
+
1
yz(y + z + 4x)
+
1
zx(z + x + 4y)
1
2
;
hay
x + y
x + y + 4z
+
y + z
y + z + 4x
+
z + x
z + x + 4y
1:
Âp döng b§t ÂŻng thĂčc Cauchy-Schwartz, ta cĂą
x + y
x + y + 4z
+
y + z
y + z + 4x
+
z + x
z + x + 4y
4(x + y + z)2
X
(x + y)(x + y + 4z)
=
4(x + y + z)2
2(x2 + y2 + z2) + 10(xy + yz + zx)
;
nhĂ· vÂȘy, Âș kžt thĂłc chĂčng minh, ta cŠn chÂż ra rÂŹng
4(x + y + z)2 2(x2 + y2 + z2) + 10(xy + yz + zx);
hay x2 + y2 + z2 xy + yz + zx. Tuy nhi¶n „y l€i l mĂ«t ÂĄnh giÂĄ Ăłng, do vÂȘy b§t ÂŻng thĂčc
ban Šu ֖c chĂčng minh xong.
B i to¥n kžt thóc.2
1.37 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thoÂŁ mÂąn ab + bc + ca = 1. ChĂčng minh rÂŹng:
r
3
1
a
r
+ 6b + 3
1
b
r
+ 6c + 3
1
c
+ 6a
1
abc
LĂi giÂŁi. Âp döng b§t ÂŻng thĂčc Holder ta cĂą
r
3
1
a
r
+ 6b + 3
1
b
r
+ 6c + 3
1
c
!3
+ 6a
1
a
+ 6b +
1
b
+ 6c +
1
c
+ 6a
1
p
3
:3
1
p
3
:3
= 9
1
a
+
1
b
+
1
c
+ 6a + 6b + 6c
: ()
36
37. HĂŹn nĂșa, sĂ» döng ÂĄnh giÂĄ cĂŹ bÂŁn xy + yz + zx
(x + y + z)2
3
, ta cĂą
abc
1
a
+
1
b
+
1
c
+ 6a + 6b + 6c
= ab + bc + ca + 6abc(a + b + c)
ab + bc + ca + 2(ab + bc + ca)2 = 3;
do vÂȘy
1
a
+
1
b
+
1
c
+ 6a + 6b + 6c
3
abc
. Kžt hñp vßi ¥nh gi¥ () ð tr¶n, ta ÷ñc
r
3
1
a
r
+ 6b + 3
1
b
r
+ 6c + 3
1
c
!3
+ 6a
27
abc
;
tĂž Ăą ta l§y c«n bÂȘc ba hai vž Âș thu ֖c b§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh.
B i to¥n kžt thóc.2
1.38 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thoÂŁ mÂąn abc = 1. ChĂčng minh rÂŹng:
1
1 + a + b
+
1
1 + b + c
+
1
1 + a + c
1
LĂi giÂŁi. °t x =
p
a; y =
p
b; z =
p
c. Khi Ăą ta phÂŁi chĂčng minh
1
x2 + y2 + 1
+
1
y2 + z2 + 1
+
1
z2 + x2 + 1
1
vßi x; y; z 0 v xyz = 1.
Do
1
x2 + y2 + 1
= 1
x2 + y2
x2 + y2 + 1
= 1
(x + y)2 + (x y)2
2(x2 + y2 + 1)
n¶n b§t ÂŻng thĂčc n y cĂą thÂș ֖c
vižt l€i th nh X (x + y)2
x2 + y2 + 1
+
X (x y)2
x2 + y2 + 1
4:
KhĂŠng m§t tÂœnh tĂȘng quÂĄt, ta giÂŁ sĂ» x y z. SĂ» döng b§t ÂŻng thĂčc Cauchy - Schwarz, ta cĂą
X (x + y)2
x2 + y2 + 1
[(x + y) + (y + z) + (z + x)]2
X
(x2 + y2 + 1)
;
v X (x y)2
x2 + y2 + 1
[x y + y z + x z]2
X
(x2 + y2 + 1)
:
TĂž „y ta Ă·a b i toÂĄn v· chĂčng minh
(x + y + z)2 + (x z)2 2(x2 + y2 + z2) + 3:
M°t khÂĄc, theo b§t ÂŻng thĂčc AM-GM, ta l€i cĂą
3 = 3 3 p
x2y2z2 xy + yz + zx;
do vÂȘy ta chÂż cĂĄn phÂŁi chĂčng minh
(x + y + z)2 + (x z)2 2(x2 + y2 + z2) + xy + yz + zx:
37
38. Sau khi thu gĂ„n, ta ֖c b§t ÂŻng thĂčc hiÂșn nhi¶n Ăłng
(x y)(y z) 0:
B i toÂĄn do Ăą ֖c chĂčng minh xong.2
1.39 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thoÂŁ mÂąn abc = 1. ChĂčng minh rÂŹng:
a3
b(c + 2)
+
b3
c(a + 2)
+
c3
a(b + 2)
1
LĂi giÂŁi. Âp döng b§t ÂŻng thĂčc AM-GM, ta cĂą
a3
b(c + 2)
+
b
3
+
c + 2
9
a:
LÂȘp hai b§t ÂŻng thĂčc tĂ·ĂŹng tĂŒ v cĂ«ng l€i, ta ֖c
a3
b(c + 2)
+
b3
c(a + 2)
+
c3
a(b + 2)
+
a + b + c
3
+
a + b + c + 6
9
a + b + c;
hay
a3
b(c + 2)
+
b3
c(a + 2)
+
c3
a(b + 2)
5(a + b + c)
9
2
3
:
M°t khÂĄc cĂŽng theo b§t ÂŻng thĂčc AM-GM thÂŒ a + b + c 3 3 p
abc = 3, do vÂȘy
a3
b(c + 2)
+
b3
c(a + 2)
+
c3
a(b + 2)
5
3
2
3
= 1:
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t.2
1.40 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc khĂŠng „m thay ĂȘi b§t kÂŒ. ChĂčng minh rÂŹng:
a3 + b3 + c3 + 3abc ab(a + b) + bc(b + c) + ca(c + a)
LĂi giÂŁi. B§t ÂŻng thĂčc ban Šu mang tÂœnh Ăši xĂčng giĂșa cÂĄc bižn, n¶n khĂŠng m§t tÂœnh tĂȘng
quÂĄt, ta giÂŁ sĂ» a = maxfa; b; cg. Khi Ăą thĂŒc hi»n bižn ĂȘi tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng, ta thu ֖c dÂąy b§t
ÂŻng thĂčc tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng vĂźi b§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh
a(a b)(a c) + b(b a)(b c) + c(c a)(c b) 0;
(a b)(a2 ac b2 + bc) + c(a c)(b c) 0;
(a b)2(a + b c) + c(a c)(b c) 0:
ÂĄnh giÂĄ cuĂši cĂČng Ăłng do a = maxfa; b; cg, do vÂȘy b§t ÂŻng thĂčc ban Šu ֖c chĂčng minh
xong.
B i to¥n kžt thóc.2
38
39. 3.2 B i 2.1 žn b i 2.40
2.1 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thay ĂȘi b§t kÂŒ. ChĂčng minh rÂŹng:
a
(b + c)2 +
b
(a + c)2 +
c
(a + b)2
9
4(a + b + c)
LĂi giÂŁi. B§t ÂŻng thĂčc ban Šu tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng vĂźi
(a + b + c)
a
(b + c)2 +
b
(a + c)2 +
c
(a + b)2
9
4
:
°t k =
a
b + c
+
b
a + c
+
c
a + b
. Ta th§y rng
(a+b+c)
a
(b + c)2 +
b
(a + c)2 +
c
(a + b)2
=
a2
(b + c)2 +
b2
(a + c)2 +
c2
(a + b)2 +
a
b + c
+
b
a + c
+
c
a + b
;
v theo mĂ«t ÂĄnh giÂĄ quen thuĂ«c thÂŒ
a2
(b + c)2 +
b2
(a + c)2 +
c2
(a + b)2
k2
3
, do vÂȘy
(a + b + c)
a
(b + c)2 +
b
(a + c)2 +
c
(a + b)2
k2
3
+ k
Ta l€i cĂą chĂł ĂŸ rÂŹng k
3
2
theo b§t ÂŻng thĂčc Nesbitt, do Ăą
(a + b + c)
a
(b + c)2 +
b
(a + c)2 +
c
(a + b)2
9
4:3
+
3
2
=
9
4
:
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t.2
2.2 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thay ĂȘi b§t kÂŒ. ChĂčng minh rÂŹng:
a
p
a2 + 8bc
+
b
p
b2 + 8ac
+
c
p
c2 + 8ab
1
LĂi giÂŁi. Âp döng b§t ÂŻng thĂčc Cauchy-Schwartz ta cĂą
a
p
a2 + 8bc
+
b
p
b2 + 8ac
+
c
p
c2 + 8ab
(a + b + c)2
p
a2 + 8bc + b
a
p
b2 + 8ac + c
p
c2 + 8ab
:
M°t khÂĄc, cĂŽng theo b§t ÂŻng thĂčc Cauchy - Schwarz, ta cĂą
p
a2 + 8bc + b
a
p
b2 + 8ac + c
p
c2 + 8ab =
p
a3 + 8abc +
p
a
p
b
p
b3 + 8abc +
p
c
p
c3 + 8abc
p
(a + b + c)(a3 + b3 + c3 + 24abc);
do vÂȘy
a
p
a2 + 8bc
+
b
p
b2 + 8ac
+
c
p
c2 + 8ab
(a + b + c)2
p
(a + b + c)(a3 + b3 + c3 + 24abc)
=
s
(a + b + c)3
a3 + b3 + c3 + 24abc
:
39
40. NhĂ· vÂȘy, Âș kžt thĂłc chĂčng minh, ta cŠn chÂż ra rÂŹng
(a + b + c)3 a3 + b3 + c3 + 24abc;
hay (a + b)(b + c)(c + a) 8abc. Tuy nhi¶n „y l mĂ«t ÂĄnh giÂĄ Ăłng vÂŒ theo b§t ÂŻng thĂčc
AM-GM, ta cĂą
p
ab:2
(a + b)(b + c)(c + a) 2
p
bc:2
p
ca = 8abc;
do vÂȘy b§t ÂŻng thĂčc ban Šu ֖c chĂčng minh xong.
B i to¥n kžt thóc.2
2.3 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thoÂŁ mÂąn çng thĂi c a v 3a2+4b2+5c2 = 12. ChĂčng
minh rÂŹng:
1
a
+
1
b
+
1
c
3
LĂi giÂŁi. TĂž giÂŁ thižt, ta cĂą
4a2 + 4b2 + 4c2 = 12 + a2 c2 12;
nhĂ· vÂȘy a2 + b2 + c2 3. TĂž „y ta cĂŽng cĂą
a + b + c
p
3(a2 + b2 + c2) 3;
v vÂŒ vÂȘy ta chĂčng minh ֖c b§t ÂŻng thĂčc ban Šu vÂŒ
1
a
+
1
b
+
1
c
9
a + b + c
9
3
= 3:
B i to¥n kžt thóc.2
2.4 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thay ĂȘi b§t kÂŒ. ChĂčng minh rÂŹng:
a
b
+
b
c
+
c
a
a + c
b + c
+
b + a
c + a
+
c + b
a + b
LĂi giÂŁi 1. °t
X =
a
b
2
1 +
; Y =
1 + b
c
2
; Z =
1 + c
a
2
:
SĂ» döng b§t ÂŻng thĂčc Holder, ta thu ֖c
1 +
a
b
1 +
b
c
1 +
c
a
1 + 3
r
a
b
:
b
c
:
c
a
!3
= 8;
tĂž Ăą ta suy ra XY Z 1.
B„y giĂ ta thĂŒc hi»n bižn ĂȘi b§t ÂŻng thĂčc Âą cho nhĂ· sau
a
b
a + c
b + c
+
b
c
b + a
c + a
+
c
a
c + b
a + b
0;
c(a b)
b(b + c)
+
a(b c)
c(c + a)
+
b(c a)
a(a + b)
0;
40
41. a
b
1
1 + b
c
+
b
c
1
1 +
c
a
+
c
a 1
1 +
a
b
0:
Âș ĂŸ rÂŹng
a
b
1
1 + b
c
=
2X 1 1
2Y
=
X 1
Y
;
do vÂȘy b§t ÂŻng thĂčc cuĂši cĂą thÂș vižt l€i th nh
X 1
Y
+
Y 1
Z
+
Z 1
X
0;
tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng
X
Y
+
Y
Z
+
Z
X
1
X
+
1
Y
+
1
Z
:
SĂ» döng b§t ÂŻng thĂčc AM-GM, ta cĂą
3
XX
Y
=
X
X
Y
+
X
Y
+
Z
X
3
X
r
3
ZX
Y 2 = 3 3 p
XY Z
X 1
Y
= 3
X 1
Y
:
NhĂ· vÂȘy b§t ÂŻng thĂčc ban Šu ֖c chĂčng minh xong.
B i to¥n kžt thóc.2
LĂi giÂŁi 2. ThĂŒc hi»n bižn ĂȘi tĂ·ĂŹng tĂŒ nhĂ· cÂĄch 1, ta cŠn chĂčng minh
c(a b)
b(b + c)
+
a(b c)
c(c + a)
+
b(c a)
a(a + b)
0:
KhĂŠng m§t tÂœnh tĂȘng quÂĄt, ta giÂŁ sĂ» b l sĂš nÂŹm giĂșa a v c. Khi Ăą (ba)(bc) 0. Âș ĂŸ rÂŹng
b(c a) = c(a b) a(b c);
vÂŒ vÂȘy b§t ÂŻng thĂčc tr¶n cĂą thÂș vižt l€i th nh
c(a b)
1
b(b + c)
1
a(a + b)
+ a(b c)
1
c(c + a)
1
a(a + b)
0;
tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng
c[(a b)2(a + b) + b(a b)(a c)]
ab(a + b)(b + c)
+
[(b c)(a c)(a + c) + a(b c)2]
c(c + a)(a + b)
0:
B§t ÂŻng thĂčc cuĂši n y Ăłng do
(a b)(a c) = (a b)2 (b a)(b c) 0;
vÂ
(b c)(a c) = (b c)2 (b a)(b c) 0;
do vÂȘy b§t ÂŻng thĂčc ban Šu ֖c chĂčng minh xong.
B i to¥n kžt thóc.2
NhÂȘn xÂČt.
41
42. 1. LĂ·u ĂŸ rÂŹng b§t ÂŻng thĂčc sau Ăłng vĂźi a; b; c v k l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng:
a
b
+
b
c
+
c
a
ka + c
kb + c
+
kb + c
kc + a
+
kc + b
ka + b
:
Vßi k = 1, ta thu ÷ñc b i to¥n tr¶n.
2. Ri¶ng vĂźi trĂ·Ăng hñp k = 1, ta cĂą thÂș chĂčng minh b i toÂĄn dĂŒa tr¶n b§t ÂŻng thĂčc sau („y
l mĂ«t b i trong Belarusian Mathematical Olympiad 1998): Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng.
ChĂčng minh rÂŹng
a
b
+
b
c
+
c
a
a + b
b + c
+
b + c
a + b
+ 1:
Vi»c chĂčng minh cĂŽng nhĂ· ÂĄp döng xin Âș d nh cho b€n Ă„c.
2.5 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thoÂŁ mÂąn a + b + c = 3. ChĂčng minh rÂŹng:
p
a +
p
b +
p
c ab + bc + ca
LĂi giÂŁi. B§t ÂŻng thĂčc Âą cho tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng vĂźi
a2 + b2 + c2 + 2
p
a + 2
p
b + 2
p
c a2 + b2 + c2 + 2(ab + bc + ca) = 9:
Âp döng b§t ÂŻng thĂčc AM-GM, ta cĂą
a2 + 2
p
a 3a:
LÂȘp cÂĄc b§t ÂŻng thĂčc tĂ·ĂŹng tĂŒ v cĂ«ng l€i, ta ֖c
a2 + b2 + c2 + 2
p
a + 2
p
b + 2
p
c 3(a + b + c) = 9:
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t.2
2.6 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thoÂŁ mÂąn ab + bc + ca = 1. ChĂčng minh rÂŹng:
1
abc
+
4
(a + b)(b + c)(c + a)
p
3
2
9
LĂi giÂŁi. Âp döng b§t ÂŻng thĂčc AM-GM, ta cĂą
1
abc
+
4
(a + b)(b + c)(c + a)
=
1
2abc
+
1
2abc
+
4
(a + b)(b + c)(c + a)
s
3 3
1
a2b2c2(a + b)(b + c)(c + a)
s
= 3 3
1
abc(ab + ac)(bc + ba)(ca + cb)
:
M°t khÂĄc, cĂŽng theo b§t ÂŻng thĂčc AM-GM, ta cĂą hai ÂĄnh giÂĄ:
a2b2c2
(ab + bc + ca)3
27
;
vÂ
(ab + bc)(bc + ca)(ca + ab)
8(ab + bc + ca)3
27
;
42
43. tÞ ù sû döng gi£ thižt ta suy ra abc
1
3
p
3
v (ab + bc)(bc + ca)(ca + ab)
8
27
. Do vÂȘy
1
abc
+
4
(a + b)(b + c)(c + a)
3
s
3
p
3
8
27:3
=
p
3
2
9
:
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t.2
2.7 Cho x; y; z l cÂĄc sĂš thĂŒc thoÂŁ mÂąn x + y + z = 0, trong Ăą cĂą hai sĂš cĂČng d§u. ChĂčng
minh rÂŹng:
(x2 + y2 + z2)3
(x3 + y3 + z3)2
6
LĂi giÂŁi. KhĂŠng m§t tÂœnh tĂȘng quÂĄt, giÂŁ sĂ» x; y l hai sĂš cĂČng d§u, tĂčc l xy 0. VĂźi i·u ki»n
z = x y, ta cĂą
(x2 + y2 + z2)3
(x3 + y3 + z3)2 =
8(x2 + y2 + xy)3
9x2y2(x + y)2 :
NhĂ· vÂȘy, nžu ta °t x2 + y2 = m v xy = n (Âș ĂŸ rÂŹng m 2n) thÂŒ ta cŠn chĂčng minh
8(m + n)3
9n2(m + 2n)
6;
hay
4m3 + 4n3 + 12m2n + 12n2m 27n2m + 54n3:
B§t ÂŻng thĂčc tr¶n mang tÂœnh thuŠn nh§t giĂșa cÂĄc bižn, do Ăą ta cho n = 1, lĂłc n y m 2 v ta
cŠn chĂčng minh
4m3 + 12m2 15m 50 0:
Tuy nhi¶n bÂŹng bižn ĂȘi tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng, ta ֖c (m2)
m
5
2
2
0. „y l mët ¥nh gi¥ óng
do m 2, do vÂȘy b§t ÂŻng thĂčc ban Šu ֖c chĂčng minh xong.
B i to¥n kžt thóc.2
2.8 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thay ĂȘi trong o€n [0; 1]. ChĂčng minh rÂŹng:
p
abc +
p
(1 a)(1 b)(1 c) 1
LĂi giÂŁi. Âp döng b§t ÂŻng thĂčc Cauchy - Schwarz ta cĂą
p
abc +
p
(1 a)(1 b)(1 c)
p
(a + 1 a)[bc + (1 b)(1 c)] =
p
2bc b c + 1:
NhĂ· vÂȘy, Âș kžt thĂłc chĂčng minh, ta cŠn chÂż ra rÂŹng
2bc b + c:
Tuy nhi¶n „y l mĂ«t ÂĄnh giÂĄ Ăłng vÂŒ theo giÂŁ thižt v b§t ÂŻng thĂčc AM-GM thÂŒ
p
bc b + c;
2bc 2
do Ăą b§t ÂŻng thĂčc ban Šu ֖c chĂčng minh xong.
43
44. B i to¥n kžt thóc.2
2.9 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc khĂŠng „m thay ĂȘi b§t kÂŒ. ChĂčng minh rÂŹng:
p
(ab + bc + ca)
2
p
3: 3 p
(a + b)(b + c)(c + a)
LĂi giÂŁi. Âș ĂŸ rÂŹng ta cĂą ÂŻng thĂčc
(a + b)(b + c)(c + a) = (a + b + c)(ab + bc + ca) abc:
M°t kh¥c, theo c¥c ¥nh gi¥ quen thuëc, ta cù
a + b + c
p
3(ab + bc + ca);
vÂ
abc
r
(ab + bc + ca)3
27
;
do vÂȘy
p
3(ab + bc + ca)
(a + b)(b + c)(c + a) (ab + bc + ca)
r
(ab + bc + ca)3
27
=
p
(ab + bc + ca)3
8
p
3
3
:
TĂž „y, l§y c«n bÂȘc ba hai vž, ta thu ֖c b§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh.
B i to¥n kžt thóc.2
2.10 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc ĂŠi mĂ«t ph„n bi»t. ChĂčng minh rÂŹng:
a2 + b2
a2 2ab + b2 +
a2 + c2
a2 2ac + c2 +
b2 + c2
b2 2bc + c2
5
2
LĂi giÂŁi. DÂąy b§t ÂŻng thĂčc sau tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng vĂźi b§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh
(a + b)2 + (a b)2
(a b)2 +
(b + c)2 + (b c)2
(b c)2 +
(c + a)2 + (c a)2
(c a)2
5;
a + b
a b
2
+
b + c
b c
2
+
c + a
c a
2
2:
°t x =
a + b
a b
; y =
b + c
b c
; z =
c + a
c a
. Âș ĂŸ rÂŹng ta cĂą ÂŻng thĂčc
xy + yz + zx =
(a + b)(b + c)
(a b)(b c)
+
(b + c)(c + a)
(b c)(c a)
+
(c + a)(a + b)
(c a)(a b)
=
(a + b)(b + c)(c a) + (b + c)(c + a)(a b) + (c + a)(a + b)(b c)
(a b)(b c)(c a)
= 1
HĂŹn nĂșa, ta cĂŽng cĂą (x + y + z)2 0, do vÂȘy
x2 + y2 + z2 2(xy + yz + zx) = 2:
TĂž „y ta thu ֖c b§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh.
44
45. B i to¥n kžt thóc.2
2.11 Cho a; b l cÂĄc sĂš thĂŒc khĂŠng „m thoÂŁ mÂąn a + b
4
5
. ChĂčng minh rÂŹng:
r
1 a
1 + a
+
r
1 b
1 + b
1
r
1 a b
1 + a + b
LĂi giÂŁi. DÂąy b§t ÂŻng thĂčc sau l tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng vĂźi b§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh
1 a
1 + a
+
1 b
1 + b
+ 2
s
(1 a)(1 b)
(1 + a)(1 + b)
1 a b
1 + a + b
r
+ 1 + 2
1 a b
1 + a + b
;
2(1 ab)
1 + ab + a + b
+ 2
r
1 + ab a b
1 + ab + a + b
2
1 + a + b
+ 2
r
1 a b
1 + a + b
:
°t u = ab; v = a + b. Khi Ăą u; v 0 v ta cŠn chĂčng minh
2(1 u)
1 + u + v
+ 2
r
1 + u v
1 + u + v
2
1 + v
+ 2
r
1 v
1 + v
:
ThĂŒc hi»n bižn ĂȘi tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng, ta ֖c dÂąy b§t ÂŻng thĂčc sau
1 + u v
1 + u + v
1 v
1 + v
u(2 + v)
(1 + v)(1 + v + u)
r
1 + u v
1 + u + v
+
r
1 v
1 + v
!
;
2uv
(1 + u + v)(1 + v)
u(2 + v)
(1 + v)(1 + v + u)
r
1 + u v
1 + u + v
+
r
1 v
1 + v
!
:
Nžu u = 0 thÂŒ b§t ÂŻng thĂčc tr¶n hiÂșn nhi¶n Ăłng. Nžu u 0, b§t ÂŻng thĂčc tr¶n tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng
vĂźi
2v
2 + v
r
1 + u v
1 + u + v
+
r
1 v
1 + v
: ()
Âș ĂŸ rÂŹng vĂźi u 0, ta cĂą ÂĄnh giÂĄ
1 + u v
1 + u + v
1 v
1 + v
;
do vÂȘy r
1 + u v
1 + u + v
+
r
1 v
1 + v
r
2
1 v
1 + v
r
1 +
= 2
2
1 + v
:
HĂŹn nĂșa, ta l€i cĂą v
4
5
theo gi£ thižt n¶n
r
1 + u v
1 + u + v
+
r
1 v
1 + v
s
1 +
2
2
1 + 4
5
=
2
3
:
Ngo i ra cÎng do v
4
5
1 n¶n
2v
2 + v
=
2
2
v + 1
2
3
;
do vÂȘy ÂĄnh giÂĄ () Ăłng, cĂŽng cĂą nghŸa b§t ÂŻng thĂčc ban Šu ֖c chĂčng minh.
45
46. B i to¥n ho n t§t.2
2.12 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thay ĂȘi b§t kÂŒ. ChĂčng minh rÂŹng:
a2
b
+
b2
c
+
c2
a
+ a + b + c
6(a2 + b2 + c2)
a + b + c
LĂi giÂŁi. B§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh mang tÂœnh hoÂĄn vĂ giĂșa cÂĄc bižn, do Ăą khĂŠng m§t tÂœnh
tĂȘng quÂĄt, ta giÂŁ sĂ» b l sĂš h€ng nÂŹm giĂșa a v c. Khi Ăą ta bižn ĂȘi b§t ÂŻng thĂčc nhĂ· sau
X
a2
b
+ b 2a
6(a2 + b2 + c2)
a + b + c
2(a + b + c);
X(a b)2
b
6(a2 + b2 + c2)
a + b + c
2(a + b + c):
Âp döng b§t ÂŻng thĂčc Cauchy - Schwarz, ta cĂą
X(a b)2
b
[(a b) + (b c) + (a c)]2
b + c + a
=
4(a c)2
a + b + c
:
Do Ăą ta chÂż cŠn chĂčng minh ֖c
2(a c)2 3(a2 + b2 + c2) (a + b + c)2:
Sau khi thu gĂ„n, ta ֖c b§t ÂŻng thĂčc hiÂșn nhi¶n Ăłng do b nÂŹm giĂșa a v c
2(b c)(b a) 0:
B i to¥n ho n t§t.2
2.13 Cho x; y; z l cÂĄc sĂš thĂŒc thoÂŁ mÂąn x2 + y2 + z2 = 1. ChĂčng minh rÂŹng:
1 x3 + y3 + z3 3xyz 1
LĂi giÂŁi 1. ChĂł ĂŸ rÂŹng ta cĂą ÂŻng thĂčc
(x3 + y3 + z3 3xyz)2 = (x + y + z)2(x2 + y2 + z2 xy yz zx)2 = (1 + 2t)(1 t)(1 t);
trong Ăą t = xy + yz + zx. žn „y ta ÂĄp döng b§t ÂŻng thĂčc AM-GM Âș cĂą
(x3 + y3 + z3 3xyz)2
[(1 + 2t) + (1 t) + (1 t)]3
27
= 1;
do vÂȘy 1 x3 + y3 + z3 3xyz 1.
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t.2
LĂi giÂŁi 2. Âp döng b§t ÂŻng thĂčc Cauchy - Schwarz, ta cĂą
(x3 + y3 + z3 3xyz)2 = [x(x2 yz) + y(y2 zx) + z(z2 xy)]2
(x2 + y2 + z2)[(x2 yz)2 + (y2 zx)2 + (z2 xy)2]:
46
47. HĂŹn nĂșa, ta l€i cĂą
(x2 yz)2 + (y2 zx)2 + (z2 xy)2 = (x2 + y2 + z2)2 (xy + yz + zx)2 (x2 + y2 + z2)2;
do vÂȘy
(x3 + y3 + z3 3xyz)2 (x2 + y2 + z2)3 = 1:
TĂž Ăą ta suy ra 1 x3 + y3 + z3 3xyz 1.
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t.2
2.14 Cho x; y; z l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thay ĂȘi b§t kÂŒ. ChĂčng minh rÂŹng:
xyz
(1 + 3x)(z + 6)(x + 8y)(y + 9z)
1
74
LĂi giÂŁi. Âp döng b§t ÂŻng thĂčc AM-GM, ta cĂą cÂĄc ÂĄnh giÂĄ sau:
z + 6 = z + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 7 7 p
z;
1 + 3x = 1 +
x
2
+
x
2
+
x
2
+
x
2
+
x
2
+
x
2
r
x6
7 7
26 ;
x + 8y = x +
4y
3
+
4y
3
+
4y
3
+
4y
3
+
4y
3
+
4y
3
r
xy6:
7 7
46
36 ;
y + 9z = y +
3z
2
+
3z
2
+
3z
2
+
3z
2
+
3z
2
+
3z
2
r
yz6:
7 7
36
26 :
Nh„n cÂĄc b§t ÂŻng thĂčc tr¶n vĂźi nhau, ta ֖c
r
z:
(z + 6)(1 + 3x)(x + 8y)(y + 9z) 74 7
x6
26 :xy6:
46
36 :yz6:
36
26 = 74xyz;
tĂž Ăą suy ra
xyz
(1 + 3x)(z + 6)(x + 8y)(y + 9z)
1
74 :
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t.2
2.15 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thay ĂȘi b§t kÂŒ. ChĂčng minh rÂŹng:
a + b
ab + c2 +
b + c
bc + a2 +
a + c
ac + b2
1
a
+
1
b
+
1
c
LĂi giÂŁi. Âp döng b§t ÂŻng thĂčc Cauchy - Schwarz, ta cĂą
a2
b(a2 + c2)
+
b2
a(b2 + c2)
(a + b)2
b(a2 + c2) + a(b2 + c2)
=
(a + b)2
(a + b)(ab + c2)
;
tÞ „y ta suy ra
a + b
ab + c2
a2
b(a2 + c2)
+
b2
a(b2 + c2)
. Thižt lÂȘp hai b§t ÂŻng thĂčc tĂ·ĂŹng tĂŒ rçi cĂ«ng
l€i, ta ÷ñc
a + b
ab + c2 +
b + c
bc + a2 +
a + c
ac + b2
a2
b(a2 + c2)
+
b2
a(b2 + c2)
+
b2
c(b2 + a2)
+
c2
b(a2 + c2)
+
a2
c(a2 + b2)
+
c2
a(b2 + c2)
=
1
a
+
1
b
+
1
c
:
47
48. PhÂČp chĂčng minh ho n t§t.2
2.16 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc khĂŠng „m thoÂŁ mÂąn khĂŠng cĂą b§t kÂŒ hai sĂš n o çng thĂi
bÂŹng 0. ChĂčng minh rÂŹng:
a(b + c)
b2 + bc + c2 +
b(a + c)
a2 + ac + c2 +
c(a + b)
a2 + ab + b2
2
LĂi giÂŁi. Âp döng b§t ÂŻng thĂčc Cauchy - Schwarz, ta cĂą
a(b + c)
b2 + bc + c2 +
b(a + c)
a2 + ac + c2 +
c(a + b)
a2 + ab + b2 =
a2
a(b + c)
abc
b + c
+
b2
b(a + c) abc
a+c
+
c2
c(a + b) abc
a+b
(a + b + c)2
2(ab + bc + ca)
abc
b + c
abc
c + a
abc
a + b
:
NhĂ· vÂȘy, Âș kžt thĂłc chĂčng minh, ta cŠn chÂż ra rÂŹng
(a + b + c)2 4(ab + bc + ca) 2abc:(
1
a + b
+
1
b + c
+
1
a + c
);
hay
a2 + b2 + c2 + 2abc:(
1
a + b
+
1
b + c
+
1
a + c
) 2(ab + bc + ca):
Âp döng ÂĄnh giÂĄ cĂŹ bÂŁn
1
x
+
1
y
+
1
z
9
x + y + z
, ta cĂą
a2 + b2 + c2 + 2abc:(
1
a + b
+
1
b + c
+
1
a + c
) a2 + b2 + c2 +
9abc
a + b + c
:
CĂŠng vi»c cuĂši cĂČng chÂż cŠn chĂčng minh
a2 + b2 + c2 +
9abc
a + b + c
2(ab + bc + ca);
hay a3 + b3 + c3 + 3abc ab(a + b) + bc(b + c) + ca(c + a). Tuy nhi¶n ¥nh gi¥ n y óng theo b§t
ÂŻng thĂčc Schur bÂȘc ba n¶n b§t ÂŻng thĂčc ban Šu ֖c chĂčng minh xong.
B i to¥n kžt thóc.2
2.17 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thoÂŁ mÂąn a2 + b2 + c2 = 1. ChĂčng minh rÂŹng:
a
b2 + c2 +
b
a2 + c2 +
c
a2 + b2
p
3
2
3
LĂi giÂŁi. SĂ» döng giÂŁ thižt, ta cĂą
a
b2 + c2 +
b
a2 + c2 +
c
a2 + b2 =
a
1 a2 +
b
1 b2 +
c
1 c2 :
Âș ĂŸ rÂŹng ta cĂą ÂĄnh giÂĄ
a
1 a2
p
3
2
3
a2 =
p
3 + 2)(a
a(a
p
3 1)2
2(1 a2)
0;
48
50. ÂĄnh giÂĄ cuĂši cĂČng l mĂ«t kžt quÂŁ Âą ֖c chĂčng minh Ă° b i 2.16 , do vÂȘy ta kžt thĂłc chĂčng
minh.2
2.21 Cho x; y; z l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thoÂŁ mÂąn x + y + z = 1. ChĂčng minh rÂŹng:
xy
1 + z
+
yz
1 + x
+
xz
1 + y
1
4
LĂi giÂŁi. ChĂł ĂŸ rÂŹng
xy
1 + z
=
xy
(x + z) + (y + z)
;
v theo mĂ«t ÂĄnh giÂĄ quen thuĂ«c thÂŒ
4
(x + z) + (y + z)
1
x + z
+
1
y + z
;
do vÂȘy
xy
1 + z
1
4
xy
x + z
+
xy
y + z
. Thižt lÂȘp hai ÂĄnh giÂĄ tĂ·ĂŹng tĂŒ rçi cĂ«ng l€i, ta ֖c
xy
1 + z
+
yz
1 + x
+
xz
1 + y
1
4
xy + yz
x + z
+
yz + zx
x + y
+
zx + xy
y + z
=
x + y + z
4
;
tĂž „y ta thu ֖c b§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh.
B i to¥n kžt thóc.2
2.22 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thay ĂȘi b§t kÂŒ. ChĂčng minh rÂŹng:
(
a
b
+
b
c
+
c
a
p
3(a2 + b2 + c2)
)(a + b + c) 3
LĂi giÂŁi. Âp döng b§t ÂŻng thĂčc Cauchy-Schwartz, ta cĂą
a
b
+
b
c
+
c
a
(a + b + c)2
ab + bc + ca
;
do vÂȘy (
a
b
+
b
c
+
c
a
)(a+b+c)
(a + b + c)3
ab + bc + ca
. NhĂ· vÂȘy, Âș kžt thĂłc chĂčng minh, ta cŠn chÂż ra rÂŹng
(a + b + c)3 3(ab + bc + ca)
p
3(a2 + b2 + c2);
hay (a+b+c)6 27(a2 +b2 +c2)(ab+bc+ca)2. Tuy nhi¶n „y l mĂ«t ÂĄnh giÂĄ Ăłng vÂŒ theo b§t
ÂŻng thĂčc AM-GM, ta cĂą
(a + b + c)6 = [(a2 + b2 + c2) + (ab + bc + ca) + (ab + bc + ca)]3 27(a2 + b2 + c2)(ab + bc + ca)2;
do vÂȘy b§t ÂŻng thĂčc ban Šu ֖c chĂčng minh xong.
B i to¥n kžt thóc.2
2.23 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thay ĂȘi b§t kÂŒ. ChĂčng minh rÂŹng:
a2
b
+
b2
c
+
c2
a
p
3(a2 + b2 + c2)
+ a + b + c 2
LĂi giÂŁi. Âp döng b§t ÂŻng thĂčc AM-GM ta ֖c
a2
b
+
b2
c
+
c2
a
r
(
+ a + b + c 2
a2
b
+
b2
c
+
c2
a
)(a + b + c):
50
52. °t x = ab; y = bc; z = ca. Khi Ăą x; y; z 0; x + y + z = 1 v ta cŠn chĂčng minh
(1 + x)(1 + y)(1 + z) 8(1 x)(1 y)(1 z);
tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng
9xyz 7(xy + yz + zx) 2:
Theo mĂ«t kžt quÂŁ Âą ֖c chĂčng minh Ă° b i 2.35 , ta cĂą
x2 + y2 + z2 +
9xyz
x + y + z
2(xy + yz + zx);
tĂž Ăą sĂ» döng giÂŁ thižt x + y + z = 1 Âș suy ra 9xyz 4(xy + yz + zx) 1. CĂŠng vi»c cuĂši cĂČng
l chĂčng minh
4(xy + yz + zx) 1 7(xy + yz + zx) 2;
hay xy + yz + zx
1
3
. Tuy nhi¶n „y l mĂ«t ÂĄnh giÂĄ Ăłng vÂŒ
xy + yz + zx
(x + y + z)2
3
=
1
3
;
do vÂȘy b§t ÂŻng thĂčc ban Šu ֖c chĂčng minh xong.
B i to¥n kžt thóc.2
2.25 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thay ĂȘi b§t kÂŒ. ChĂčng minh rÂŹng:
1 + a3 + b3 + 3 p
1 + b3 + c3 + 3 p
1 + a3 + c3 3 p
27 + 2(a + b + c)3
3 p
LĂi giÂŁi. Âp döng b§t ÂŻng thĂčc Holder, ta cĂą
(1 + a3 + b3)[27 + (a + b + c)3 + (a + b + c)3]2 [9 + a(a + b + c)2 + b(a + b + c)2]3;
tĂž Ăą ta suy ra
1 + a3 + b3: 3 p
[27 + 2(a + b + c)3]2 9 + (a + b)(a + b + c)2:
3 p
Thižt lÂȘp hai b§t ÂŻng thĂčc tĂ·ĂŹng tĂŒ v cĂ«ng l€i, ta ֖c
3 p
[27 + 2(a + b + c)3]2( 3 p
1 + a3 + b3 + 3 p
1 + b3 + c3 + 3 p
1 + a3 + c3) 27 + 2(a + b + c)3;
tĂž Ăą ta thu ֖c b§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh.
B i to¥n kžt thóc.2
NhÂȘn xÂČt. B§t ÂŻng thĂčc tr¶n l h» quÂŁ trĂŒc tižp cĂ”a b§t ÂŻng thĂčc Minkowsky mĂ° rĂ«ng:
3 p
a3 + b3 + c3 + 3 p
d3 + e3 + f3 + 3 p
g3 + h3 + k3 3 p
(a + d + g)3 + (b + e + h)3 + (c + f + k)3:
CÂĄch chĂčng minh tĂ·ĂŹng tĂŒ nhĂ· lĂi giÂŁi cĂ”a b i toÂĄn tr¶n.
2.26 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc khĂŠng „m thay ĂȘi b§t kÂŒ. ChĂčng minh rÂŹng:
bc
(a + b)(a + c)
+
ca
(b + c)(b + a)
+
ab
(c + a)(c + b)
2(a2 + b2 + c2) + ab + bc + ca
2(a2 + b2 + c2) + 2(ab + bc + ca)
52
53. LĂi giÂŁi. B§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng vĂźi
1
bc
(a + b)(a + c)
ca
(b + c)(b + a)
ab
(c + a)(c + b)
1
2(a2 + b2 + c2) + ab + bc + ca
2(a2 + b2 + c2) + 2(ab + bc + ca)
:
M°t khÂĄc, Âș ĂŸ rÂŹng ta cĂą cÂĄc ÂŻng thĂčc sau:
1
bc
(a + b)(a + c)
ca
(b + c)(b + a)
ab
(c + a)(c + b)
=
2abc
(a + b)(b + c)(c + a)
;
1
2(a2 + b2 + c2) + ab + bc + ca
2(a2 + b2 + c2) + 2(ab + bc + ca)
=
ab + bc + ca
(a + b)2 + (b + c)2 + (c + a)2 ;
do Ăą ta cŠn chĂčng minh
2abc
(a + b)(b + c)(c + a)
ab + bc + ca
(a + b)2 + (b + c)2 + (c + a)2 ;
hay
2(a + b)
(c + a)(c + b)
+
2(b + c)
(a + b)(a + c)
+
2(c + a)
(b + c)(b + a)
1
a
+
1
b
+
1
c
:
Âș ĂŸ rÂŹng
1
c
2(a + b)
(c + a)(c + b)
=
(c a)(c b)
c(c + a)(c + b)
;
do Ăą b§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng vĂźi
(a b)(a c)
a(a + b)(a + c)
+
(b a)(b c)
b(b + a)(b + c)
+
(c a)(c b)
c(c + a)(c + b)
0:
Tuy nhi¶n ÂĄnh giÂĄ n y Ăłng theo b§t ÂŻng thĂčc Vornicu - Schur, do vÂȘy b§t ÂŻng thĂčc ban Šu
֖c chĂčng minh xong.
B i to¥n kžt thóc.2
2.27 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thoÂŁ mÂąn abc = 1. ChĂčng minh rÂŹng:
4 p
2a2 + bc + 4 p
2b2 + ac + 4 p
2c2 + ab
ab + bc + ca
4 p
3
:
q
p
a +
p
b +
p
c
LĂi giÂŁi. °t x =
1
a
; y =
1
b
; z =
1
c
. Khi Ăą x; y; z 0 v xyz = 1. çng thĂi ta cĂŽng cĂą
4 p
r
2a2 + bc = 4
2
x2 +
1
yz
r
= 4
2yz + x2
x
;
v ab + bc + ca = x + y + z. Theo Ăą, b§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh trĂ° th nh
r
X 4
2yz + x2
x
(x + y + z)
4 p
3
s
1
p
x
+
1
p
y
+
1
p
z
;
hay
r
X 4
2yz + x2
x
!4
(x + y + z)4
3
1
p
x
+
1
p
y
+
1
p
z
2
:
53
54. Âp döng b§t ÂŻng thĂčc Holder, ta cĂą
3(2yz + x2 + 2zx + y2 + 2xy + z2)
1
p
x
+
1
p
y
+
1
p
z
2
X 4
r
2yz + x2
x
!4
:
NhĂ· vÂȘy, Âș kžt thĂłc chĂčng minh, ta cŠn chÂż ra rÂŹng
3(2yz + x2 + 2zx + y2 + 2xy + z2)
(x + y + z)4
3
;
hay x + y + z 3. Tuy nhi¶n „y l mĂ«t ÂĄnh giÂĄ Ăłng vÂŒ theo b§t ÂŻng thĂčc AM-GM
x + y + z 3 3 p
xyz = 3;
do vÂȘy b§t ÂŻng thĂčc ban Šu ֖c chĂčng minh xong.
B i to¥n kžt thóc.2
2.28 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc khĂŠng „m ĂŠi mĂ«t ph„n bi»t. ChĂčng minh rÂŹng:
(ab + bc + ca)
1
(a b)2 +
1
(b c)2 +
1
(c a)2
4
LĂi giÂŁi. B§t ÂŻng thĂčc ban Šu mang tÂœnh Ăši xĂčng giĂșa cÂĄc bižn, do Ăą khĂŠng m§t tÂœnh tĂȘng
quÂĄt, ta giÂŁ sĂ» a b c 0. Khi Ăą ta °t a b = x; b c = y. TĂž „y ta suy ra x; y 0 vÂ
ab + bc + ca ab = (c + y)(c + x + y) y(x + y):
çng thĂi, cĂŽng tĂž phÂČp °t tr¶n, ta cĂą
1
(a b)2 +
1
(b c)2 +
1
(c a)2 =
1
x2 +
1
y2 +
1
(x + y)2 :
NhĂ· vÂȘy, ta Ă·a b i toÂĄn v· vi»c chĂčng minh
y(x + y)
1
x2 +
1
y2 +
1
(x + y)2
4;
hay
y(x + y)
x2 +
x
y
+
y
x + y
3:
°t t =
x
y
. Khi Ăą t 0 v ta cŠn chĂčng minh
t + 1
t2 + t +
1
t + 1
3:
Sau khi bižn ĂȘi tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng, ta thu ֖c mĂ«t ÂĄnh giÂĄ hiÂșn nhi¶n Ăłng
(t2 t 1)2 0;
do vÂȘy b§t ÂŻng thĂčc ban Šu ֖c chĂčng minh xong.
B i to¥n kžt thóc.2
54
55. 2.29 Cho a; b; c l cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng thĂ€a mÂąn abc = 1. ChĂčng minh rÂŹng:
a
b
+
b
c
+
c
a
+ 3 ab + bc + ca + a + b + c
LĂi giÂŁi. Do abc = 1 n¶n tçn t€i cÂĄc sĂš thĂŒc dĂ·ĂŹng x; y; z sao cho
a =
x
y
; b =
y
z
; c =
z
x
:
Khi Ăą b§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh trĂ° th nh
xz
y2 +
xy
z2 +
yz
x2 + 3
x
z
+
y
x
+
z
y
+
x
y
+
y
z
+
z
x
;
tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng
x3y3 + y3z3 + z3x3 + 3x2y2z2 xyz[xy(x + y) + yz(y + z) + zx(z + x)]:
Tuy nhi¶n „y l mĂ«t h» quÂŁ trĂŒc tižp cĂ”a b§t ÂŻng thĂčc Schur bÂȘc 3:
m3 + n3 + p3 + 3mnp mn(m + n) + np(n + p) + pm(p + m);
Ă° „y m = xy,n = yz v p = zx. Do vÂȘy b§t ÂŻng thĂčc ban Šu ֖c chĂčng minh xong.
B i to¥n kžt thóc.2
2.30 Cho a; b; c 0. ChĂčng minh rÂŹng:
P a + b
ab + c2
P 1
a
LĂi giÂŁi.
B§t ÂŻng thĂčc Âą cho tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng vĂźi:
P 1
a
P a + b
ab + c2 =
(a c)(b c)
abc + c3 +
(b a)(c a)
abc + a3 +
(a b)(c b)
abc + b3
0
°t
1
abc + a3 = x;
1
abc + b3 = y;
1
abc + c3 = z:
B§t ÂŻng thĂčc ֖c Ă·a v· d€ng Vornicu Schur:
x(a c)(b c) + y(b a)(c a) + z(a b)(c b) 0()
GiÂŁ sĂ» a b c, thž thÂŒ abc + c3 abc + b3.
1
Suy ra
abc + c3
1
abc + b3
hay z y
M°c khÂĄc, theo i·u giÂŁ sĂ» thÂŒ b c, do Ăą a b a c.
Kžt hñp vßi z y 0, suy ra z(a c) y(a b).
Vižt l€i b§t ÂŻng thĂčc () nhĂ· sau:
x(a b)(b c) + (b c)[z(a c) y(a b)] 0
B§t ÂŻng thĂčc n y Ăłng theo cÂĄc i·u giÂŁ sĂ».
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t. D§u bÂŹng xÂŁy ra khi a = b = c.2
2.31 Cho x; y; z l cÂĄc sĂš thĂŒc thĂ€a mÂąn x2 + y2 + z2 = 1. TÂŒm max cĂ”a biÂșu thĂčc:
P = x3 + y3 + z3 3xyz
LĂi giÂŁi. Ta cĂą: P = x3 + y3 + z3 3xyz = (x + y + z)(x2 + y2 + z2 xy yz zx).
Suy ra P2 = (x + y + z)2(x2 + y2 + z2 xy yz zx)2
Âp döng b§t ÂŻng thĂčc AM-GM cho 3 sĂš khĂŠng „m:
55
56. P2 = (x + y + z)2(x2 + y2 + z2 xy yz zx)2
= (x + y + z)2(x2 + y2 + z2 xy yz zx)(x2 + y2 + z2 xy yz zx)
(x + y + z)2 + (x2 + y2 + z2 xy yz zx) + (x2 + y2 + z2 xy yz zx)
3
3
= (x2 + y2 + z2)3 = 1 (theo gi£ thižt) .
Suy ra P 1.
VÂȘy maxP = 1 , (x+y +z)2 = x2 +y2 +z2 xy yz zx , x = 1; y = z = 0 v cÂĄc hoÂĄn vĂ .2
2.32 Cho a; b; c 0. ChĂčng minh rÂŹng:
a2
b + c
+
b2
a + c
+
c2
a + b
a2
a + b
+
b2
b + c
+
c2
c + a
LĂi giÂŁi.
CÂĄch 1
Ta cĂą:
P a2 b2
a + b
= a b + b c + c a = 0
Suy ra
P 2a2
a + b
=
P a2 + b2
a + b
Khi Ăą ta cŠn chĂčng minh:
P 2c2
a + b
P a2 + b2
a + b
B§t ÂŻng thĂčc n y tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng vĂźi:
P 2c2 a2 b2
a + b
0
hay
P
c2
a + b
a2
a + b
+
a2
b + c
c2
b + c
0
hay
P (c a)2(c + a)
(a + b)(b + c)
0 (Ăłng)
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t. ÂŻng thĂčc xÂŁy ra khi v chÂż khi a = b = c
CÂĄch 2
B§t ÂŻng thĂčc Âą cho tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng vĂźi:
P
a2
1
b + c
1
a + c
0
hay
(a2(a2 c2) + b2(b2 a2) + c2(c2 b2) 0
hay
1
2
[(a2 b2)2 + (b2 c2)2 + (c2 a2)2] 0 (Ăłng) .
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t. ÂŻng thĂčc xÂŁy ra khi v chÂż khi a = b = c.2
2.34 Cho x; y; z 0. ChĂčng minh rÂŹng:
a2 + bc
(b + c)2 +
b2 + ac
(a + c)2 +
c2 + ab
(a + b
2
3
2
LĂi giÂŁi.
B§t ÂŻng thĂčc Âą cho tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng vĂźi:
P
a2 + bc
(b + c)2
1
2
0
hay
56
57. P 2a2 b2 c2
(b + c)2
0
GiÂŁ sĂ» a b c.
Khi Ăą ta cĂą hai dÂąy cĂČng chi·u: 8
:
2a2 b2 c2 2b2 a2 c2 2c2 a2 b2
1
(b + c)2
1
(a + c)2
1
(a + b)2
Âp döng b§t ÂŻng thĂčc Chebychep cho hai dÂąy tr¶n:
P
(2a2 b2 c2):
1
(b + c)2
[
P
(2a2 b2 c2)] :
P 1
(b + c)2
= 0:
P 1
(b + c)2
= 0
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t. ÂŻng thĂčc xÂŁy ra khi v chÂż khi a = b = c.2
2.35 Cho a; b 0. ChĂčng minh rÂŹng:
(a2 + b2)(a + b)2 + (ab + 1)2 2(a + b)2
LĂi giÂŁi.
Âș ĂŸ rÂŹng a2 + b2 = (a + b)2 2ab.
°t a2 + b2 = x; ab = y
B§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng vĂźi:
x(x + 2y) + (y + 1)2 2(x + 2y)
Khai triÂșn v rĂłt gĂ„n, ta ֖c:
x2 + y2 + 1 2x 2y + 2xy 0
hay
(x + y 1)2 0 (Ăłng)
PhÂČp chr
Ăčng minh ho n t§t. ÂŻng thĂčc xÂŁy ra khi v chÂż khi a2 + b2 + ab = 1 (chÂŻng h€n
a = b =
1
3
).2
2.36 Cho a; b; c 2 R. ChĂčng minh rÂŹng:
a3 b3
(a b)3 +
b3 c3
(b c)3 +
c3 a3
(c a)3
9
4
LĂi giÂŁi.
B§t ÂŻng thĂčc cŠn chĂčng minh tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng vĂźi:
P a2 + b2 + ab
(a b)2
9
4
NhÂȘn th§y rÂŹng:
a2 + ab + b2
(a b)2 =
1
4
(a + b)2 +
3
4
(a b)2
(a b)2
3
4
(a b)2
(a b)2 =
3
4
Thöc hi»n tĂ·ĂŹng tĂŒ cho hai b§t ÂŻng thĂčc cĂĄn l€i.
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t. ÂŻng thĂčc xÂŁy ra khi v chÂż khi a + b + c = 0.2
2.37 Cho a; b 0. ChĂčng minh rÂŹng:
1
a2 +
1
b2 +
4
a2 + b2
32(a2 + b2)
(a + b)4
LĂi giÂŁi.
SĂ» döng b§t ÂŻng thĂčc AM-GM cho hai sĂš dĂ·ĂŹng:
1
a2 +
1
b2 +
4
a2 + b2 =
a2 + b2
a2b2 +
4
a2 + b2
r
a2 + b2
2
a2b2 :
4
a2 + b2 =
4
ab
57
58. Ta sÂł chĂčng minh:
4
ab
32(a2 + b2)
(a + b)4
hay
8ab(a2 + b2) (a + b)4
Âp döng b§t ÂŻng thĂčc 4xy (x + y)2:
8ab(a2 + b2) = 4:2ab:a2 + b2) (a2 + b2 + 2ab)2 = (a + b)4
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t. ÂŻng thĂčc xÂŁy ra khi v chÂż khi a = b.2
2.38 Cho a; b 0 thĂ€a mÂąn a2 + b2 + c2 + abc = 4. ChĂčng minh rÂŹng:
a + b + c 3
LĂi giÂŁi.
CÂĄch 1:
Theo nguy¶n lÂœ Dirichlet, trong ba sĂš a; b; c Ât sÂł cĂą hai sĂš cĂČng phÂœa vĂźi 1 tr¶n tröc sĂš. G¿£ sĂ» hai
sĂš Ăą l a v b. Thž thÂŒ:
(a 1)(b 1) 0
hay
ab a + b 1 .
M°t khÂĄc, theo giÂŁ thižt v b§t ÂŻng thĂčc AM-GM cho hai sĂš dĂ·ĂŹng:
4 c2 = a2 + b2 + abc 2ab + abc = ab(2 + c)
hay
(2 c)(2 + c) ab(2 + c)
hay
2 c ab
Kžt hñp vĂźi b§t ÂŻng thĂčc ab a + b 1 (chĂčng minh tr¶n), suy ra:
2 c ab a + b 1
hay
a + b + c 3 .
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t. ÂŻng thĂčc xÂŁy ra khi v chÂż khi a = b = c = 1
CÂĄch 2:
°t a =
2x p
(x + y) (x + z)
; b =
2y p
(y + z) (y + x)
; c =
2z p
(z + y) (z + x)
Suy ra:
a + b + c =
P
p
p
2x
y + z (x + y) (y + z) (z + x)
VÂŒ thž b§t ÂŻng thĂčc a + b + c 3 sÂł tĂ·ĂŹng Ă·ĂŹng vĂźi: P
2x
p
(x + y)(y + z)(z + x)
p
y + z 3
„y chÂœnh l b§t ÂŻng thĂčc Schur vĂźi cÂĄc bižn
p
y + z;
p
y + x;
p
z + x.
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t. ÂŻng thĂčc xÂŁy ra khi v chÂż khi a = b = c = 1.2
CÂĄch 3:
GiÂŁ sĂ» tçn t€i mĂ«t sĂš (cho sĂš Ăą l a) trong ba sĂš a; b; c lĂźn hĂŹn 2. Khi Ăą, vÂŒ a; b; c dĂ·ĂŹng n¶n:
a2 + b2 + c2 + abc = 4 4 + b2 + c2 + abc 4 (vĂŠ lÂœ!)
Do Ăą a; b; c 2 (0; 2]
TÞ gi£ thižt suy ra:
a2 + abc +
b2c2
4
= 4 +
b2c2
4
b2 c2
58
59. hay
a +
bc
2
2
=
(4 b2)(4 c2)
4
Do b; c 2 n¶n suy ra:
a + b + c =
r
(4 b2) (4 c2)
4
bc
2
+ b + c
Âp döng b§t ÂŻng thĂčc AM-GM, ta cĂą:
r
(4 b2) (4 c2)
4
bc
2
+ b + c
1
2
(4 b2 + 4 c2) bc
2
+ b + c
= 3
b + c
2
2
1
3 .
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t. ÂŻng thĂčc xÂŁy ra khi v chÂż khi a = b = c = 1.2
NhÂȘn xÂČt:
B§t ÂŻng thĂčc a + b + c 3 cĂŽng Ăłng vĂźi i·u ki»n a2 + b2 + c2 +
3
2
abc =
9
2
.
2.39 Cho x; y; z 0. ChĂčng minh rÂŹng:
1
x
+
1
y
+
1
z
36
9 + x2y2 + y2z2 + z2x2
LĂi giÂŁi.
°t xy = a; yz = b; xz = c, b§t ÂŻng thĂčc trĂ° th nh:
p
abc
(a + b + c)(a2 + b2 + c2 + 9) 36
Âp döng b§t ÂŻng thĂčc AM-GM:
a + b + c 3 3 p
p
(abc)4
abc = 3 12
q
3 3 p (abc)2:3:3:3 = 12 12
a2 + b2 + c2 + 9 3 3 p
(abc)2 + 9 = 3 3 p
(abc)2 + 3 + 3 + 3 4 4
p
(abc)2
Nh„n vž theo vž hai b§t ÂŻng thĂčc tr¶n:
(a + b + c)(a2 + b2 + c2 + 9) 3 3 p
p
(abc)2 = 36:
abc:12 12
p
abc .
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t. ÂŻng thĂčc xÂŁy ra khi v chÂż khi a = b = c = 1.2
2.40 Cho a; b; c 0 thĂ€a mÂąn a2 + b2 + c2 = 3. ChĂčng minh rÂŹng:
4
a2 + b2 + 1
4
b2 + c2 + 1
4
c2 + a2 + 1
3(a + b + c)2
LĂi giÂŁi.
Âp döng b§t ÂŻng thĂčc Holder:
4
a2 + b2 + 1
4
b2 + c2 + 1
4
c2 + a2 + 1
r
3
64
(a2 + b2)(b2 + c2)(c2 + a2)
+ 1
3
Âp döng b§t ÂŻng thĂčc AM-GM v b§t ÂŻng thĂčc 3(x2 + y2 + z2) (x + y + z)2:
r
3
64
(a2 + b2)(b2 + c2)(c2 + a2)
+ 1
3
12
2(a2 + b2 + c2)
+ 1
3
= 27 = 9(a2 + b2 + c2) 3(a + b + c)2
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t. ÂŻng thĂčc xÂŁy ra khi v chÂż khi a = b = c =
r
1
3
.2
3.3 B i 3.1 žn b i 3.40
3.1 Cho a; b; c; x; y; z 0 thĂ€a mÂąn x + y + z = 1. ChĂčng minh rÂŹng:
ax + by + cz + 2
p
(xy + yz + zx)(ab + bc + ca) a + b + c
LĂi giÂŁi.
59
60. Âp döng b§t ÂŻng thĂčc Cauchy-Schwarz:
ax + by + cz + 2
p
(xy + yz + zx)(ab + bc + ca)
pP
a2:
P
x2 +
p
2
P
xy:2
P
ab
p
(
P
a2 + 2
P
P
ab)(
x2 + 2
P
xy)
= a + b + c (do x + y + z = 1)
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t. ÂŻng thĂčc xÂŁy ra khi v chÂż khi
a
x
=
b
y
=
c
z
=
1
a + b + c
=
a + b + c
x + y + z
=
a + b + c hay a + b + c = 1. 2
3.2 Cho a; b; c 0 thĂ€a mÂąn a3 + b3 + c3 = 3. TÂŒm giÂĄ trĂ lĂźn nh§t cĂ”a:
P = a4b4 + b4c4 + c4a4
LĂi giÂŁi.
Ta chĂčng minh giÂĄ trĂ lĂźn nh§t cĂ”a biÂșu thĂčc l 3.
°t a3 = x; b3 = y; c3 = z, suy ra x + y + z = 3.
Âp döng AM-GM
3a4b4 a3b3(a3 + b3 + 1)
Khi Ăą, ta chÂż cŠn chĂčng minh:
xy(x + y + 1) + yz(y + z + 1) + zx(z + x + 1) 9
Ă·a v· d€ng çng bÂȘc, ta cŠn chĂčng minh
3
P
xy(x + y) + (x + y + z)(xy + yz + zx) (x + y + z)3
Sau khi khai triÂșn, b§t ÂŻng thĂčc trĂ° th nh:
x3 + y3 + z3 + 3xyz
P
xy(x + y)
Ăłng theo b§t ÂŻng thĂčc Schur.
PhÂČp chĂčng minh ho n t§t. ÂŻng thĂčc xÂŁy ra khi v chÂż khi a = b = c = 1.2
3.3 Cho a; b; c 0 thĂ€a mÂąn a2 + b2 + c2 = 1. TÂŒm giÂĄ trĂ nhĂ€ nh§t cĂ”a:
P =
a2
b + c
+
b2
c + a
+
c2
a + b
LĂi giÂŁi.
CÂĄch 1:
GiÂŁ sĂ» a b c.
Ta sÂł cĂą hai dÂąy cĂČng chi·u: 8
a2 b2 c2
1
b + c
:
1
a + c
1
a + b
Âp döng lŠn l֖t b§t cÂĄc b§t ÂŻng thĂčc Chebychep, giÂŁ thižt a2 + b2 + c2 = 1 v b§t ÂŻng thĂčc
P 1
x
P9
x
, ta cĂą:
P =
a2
b + c
+
b2
c + a
+
c2
a + b
1
3
(a2 + b2 + c2)
1
b + c
+
1
c + a
+
1
a + b
3
2 (a + b + c)
L€i theo b§t ÂŻng thĂčc:
3 = 3(a2 + b2 + c2) (a + b + c)2
Suy ra:
a + b + c
p
3 .
Do Ăą:
P
3
2(a + b + c)
p
3
2
.
VÂȘy minP =
p
3
2
, a = b = c =
1
p
3
.
60