Cho a,b là các số dương thỏa mãn \(a^3+b^3=a^5+b^5\)
Chứng minh rằng : \(a^2+b^2\le1+ab\)
Hãy nhập câu hỏi của bạn vào đây, nếu là tài khoản VIP, bạn sẽ được ưu tiên trả lời.
Câu hỏi của Đỗ Tuấn Linh - Toán lớp 9 - Học toán với OnlineMath
Ta có :
\(x^3=\left(9+4\sqrt{5}\right)+\left(9-4\sqrt{5}\right)+3\sqrt[3]{\left(9+4\sqrt{5}\right)\left(9-4\sqrt{5}\right)}\)\(\left(\sqrt[3]{9-4\sqrt{5}}+\sqrt[3]{9-4\sqrt{5}}\right)\)
\(\Leftrightarrow x^3=18+3x\)
\(\Leftrightarrow x^3-3x-18x=0\)
\(b^4+c^4+a=b^4+c^4+a.abc\)
+Chứng mih \(b^4+c^4\ge bc\left(b^2+c^2\right)\text{ (1)}\)
\(\left(1\right)\Leftrightarrow\frac{1}{2}.\left(b-c\right)^2\left[b^2+c^2+\left(b+c\right)^2\right]\ge0\)(đúng)
\(\Rightarrow b^4+c^4+a\ge bc\left(b^2+c^2\right)+a^2bc=bc\left(a^2+b^2+c^2\right)=\frac{1}{a}\left(a^2+b^2+c^2\right)\)
\(\Rightarrow\frac{a}{b^4+c^4+a}\le\frac{a^2}{a^2+b^2+c^2}\)
Tương tự và cộng lại ta sẽ có kết quả.
\(x^2+y^2\le x+y\Leftrightarrow\left(2x-1\right)^2\le-4y^2+4y+1\text{ (1)}\)
+Nếu \(-4y^2+4y+1< 0\) thì (1) có \(VT\ge0>VP\), (1) ko thỏa --> loại.
+Nếu \(-4y^2+4y+1=0\Leftrightarrow y=\frac{1+\sqrt{2}}{2}\text{ }\left(do\text{ }y>0\right)\) thì\(\left(2x-1\right)^2\le0\Leftrightarrow2x-1=0\Leftrightarrow x=\frac{1}{2}\)
\(A=x+3y=2+\frac{3}{\sqrt{2}}\approx4.12\)
+Xét \(-4y^2+4y+1>0\Leftrightarrow\frac{1-\sqrt{2}}{2}< y< \frac{1+\sqrt{2}}{2}\)
\(\Rightarrow0< y< \frac{1+\sqrt{2}}{2}\approx1.207\)
\(\left(1\right)\Leftrightarrow-\sqrt{-4y^2+4y+1}\le2x-1\le\sqrt{-4y^2+4y+1}\)
\(\Rightarrow2x\le\sqrt{2-\left(2y-1\right)^2}+1\)
\(2A=2x+6y\le\sqrt{2-\left(2y-1\right)^2}+3\left(2y-1\right)+1+3\)
Áp dụng bđt Bu-nhia-cop-xki
\(1.\sqrt{2-\left(2y-1\right)^2}+3.\left(2y-1\right)\le\sqrt{1^2+3^2}.\sqrt{2-\left(2y-1\right)^2+\left(2y-1\right)^2}=2\sqrt{5}\)
Dấu bằng xảy ra khi \(\frac{1}{3^2}=\frac{2-\left(2y-1\right)^2}{\left(2y-1\right)^2}\Leftrightarrow\left(2y-1\right)^2=\frac{9}{5}\)
\(\Leftrightarrow2y-1=\pm\frac{3}{\sqrt{5}}\Leftrightarrow\orbr{\begin{cases}y=\frac{3}{2\sqrt{5}}+\frac{1}{2}\approx1.17\in\left(0;\frac{1+\sqrt{2}}{2}\right)\\y=-\frac{3}{2\sqrt{5}}+\frac{1}{2}< 0\end{cases}}\)
\(\Rightarrow2A\le4+2\sqrt{5}\)
\(\Rightarrow A\le2+\sqrt{5}\approx4.23\)
Dấu bằng xảy ra khi \(\hept{\begin{cases}y=\frac{3}{2\sqrt{5}}+\frac{1}{2}\\x=\frac{1+\sqrt{2-\left(2y-1\right)^2}}{2}=\frac{1}{2\sqrt{5}}+\frac{1}{2}\end{cases}}\)
Ta chứng minh \(P\ge2\Leftrightarrow x^2\sqrt{x}+y^2\sqrt{y}\ge2\sqrt{xy}\)
Thay \(2=x^2+y^2\) thì bđt trở thành \(x^2\sqrt{x}+y^2\sqrt{y}\ge\left(x^2+y^2\right)\sqrt{xy}\)
\(\Leftrightarrow x^2\sqrt{x}\left(1-\sqrt{y}\right)+y^2\sqrt{y}\left(1-\sqrt{x}\right)\ge0\)
+TH1: \(\sqrt{x}=1\Leftrightarrow x=1\Rightarrow y=1\) thì VT = 0, bđt thỏa mãn
+TH2: \(x>1\)
bđt \(\Leftrightarrow x^2\sqrt{x}\left(1-\sqrt{y}\right)\ge y^2\sqrt{y}\left(\sqrt{x}-1\right)\text{ (*)}\)
Từ \(x>1\), ta có: \(y=\sqrt{2-x^2}< 1\)
\(\Rightarrow x>y\Rightarrow x^2\sqrt{x}>y^2\sqrt{y}>0\text{ (1)}\)
Cần chứng minh \(1-\sqrt{y}\ge\sqrt{x}-1>0\text{ (2)}\) là bđt sẽ được chứng minh
(2) \(\Leftrightarrow\sqrt{x}+\sqrt{y}< 2\)
Thật vậy, ta có: \(x+y\le\sqrt{2\left(x^2+y^2\right)}=2\Rightarrow\sqrt{x}+\sqrt{y}\le\sqrt{2\left(x+y\right)}\le2\)
Từ (1) và (2) suy ra (*) đúng.
+TH3: chứng minh tương tự TH2, chỉ đảo lại y và x.
Vậy \(P\ge2\). Dấu bằng đạt được tại x = y = 1.
\(\text{~~ Lời giải ~~}\)
Sử dụng giả thiết \(a,b,c,d\in R^+,\) dễ thấy bất đẳng thức cần chứng minh tương đương với mỗi bất đẳng thức trong dãy các biến số sau:
\(\frac{a\left(a+d\right)}{\left(a+d\right)\left(b+c\right)}+\frac{b\left(a+b\right)}{\left(a+b\right)\left(c+d\right)}+\frac{c\left(b+c\right)}{\left(a+d\right)\left(b+c\right)}+\frac{d\left(c+d\right)}{\left(a+b\right)\left(c+d\right)}\ge2\) \(\left(\text{*}\right)\)
Đặt bất đẳng thức cần chứng minh là bất đẳng thức \(\left(\text{*}\right)\)
Khi đó, ta kí hiệu \(VT\left(\text{*}\right)\) là vế trái của bất đẳng thức \(\left(\text{*}\right)\)
Mặt khác, áp dụng bất đẳng thức \(AM-GM\) cho bốn số , ta có:
\(a+b+c+d\ge2\sqrt{\left(a+d\right)\left(b+c\right)}\)
\(\Rightarrow\) \(\frac{1}{\left(a+d\right)\left(b+c\right)}\ge\frac{4}{\left(a+b+c+d\right)^2}\)
Từ đó, ta xây dựng được một bất đẳng thức mới có dạng sau:
\(\frac{a\left(a+d\right)}{\left(a+d\right)\left(b+c\right)}\ge\frac{4a\left(a+d\right)}{\left(a+b+c+d\right)^2}=\frac{4\left(a^2+ad\right)}{\left(a+b+c+d\right)^2}\)
Đổi biến theo vòng hoán vị \(b\rightarrow c\rightarrow d\rightarrow a,\) ta lần lượt thiết lập được các bất đẳng thức tương tự theo công đoạn trên:
\(\frac{b\left(a+b\right)}{\left(a+b\right)\left(c+d\right)}\ge\frac{4\left(b^2+ab\right)}{\left(a+b+c+d\right)^2}\)
\(\frac{c\left(b+c\right)}{\left(a+d\right)\left(b+c\right)}\ge\frac{4\left(c^2+bc\right)}{\left(a+b+c+d\right)^2}\)
\(\frac{d\left(c+d\right)}{\left(a+b\right)\left(c+d\right)}\ge\frac{4\left(d^2+cd\right)}{\left(a+b+c+d\right)^2}\)
Kết hợp bốn bất đẳng thức vừa chứng minh ở trên, ta suy ra:
\(VT\left(\text{*}\right)\ge\frac{4\left(a^2+b^2+c^2+d^2+ab+bc+ca+da\right)}{\left(a+b+c+d\right)^2}\)
Đến đây, để hoàn tất việc chứng minh, ta cần chỉ ra rằng:
\(\frac{4\left(a^2+b^2+c^2+d^2+ab+bc+ca+da\right)}{\left(a+b+c+d\right)^2}\ge2\)
Bằng phép biến đổi tương đương, ta thu được một bất đẳng thức mới sau:
\(\left(a-c\right)^2+\left(b-d\right)^2\ge0\)
là một bất đẳng thức luôn đúng với mọi \(a,b,c,d\in R^+.\) Do đó, điều này kéo theo bất đẳng thức ban đầu được chứng minh!
Dấu \("="\) xảy ra khi và chỉ khi \(a=b=c=d\)
\(\hept{\begin{cases}a=x\\b=2y\\c=3z\end{cases}}\Rightarrow a+b+c=3\)
\(Q=\frac{11b^3-a^3}{ab+4b^2}+\frac{11c^3-b^3}{bc+4c^2}+\frac{11a^3-c^3}{ca+4a^2}\)
Cần tìm \(\beta;\gamma\) sau cho \(\frac{11b^3-a^3}{ab+4b^2}\le\gamma b+\beta a\)
\(\Leftrightarrow\frac{11.\left(\frac{b}{a}\right)^3-1}{\frac{b}{a}+4\left(\frac{b}{a}\right)^2}\le\gamma\frac{b}{a}+\beta\)
\(\Leftrightarrow\frac{11t^3-1}{t+4t^2}\le\gamma t+\beta\text{ }\left(t=\frac{b}{a}\right)\)
Dự đoán Q max khi a = b = c nên t = 1;
Tới đây dùng pp hệ số bất định để tìm ra \(\gamma=3;\text{ }\beta=-1\)
Vậy ta cần chứng minh \(\frac{11b^3-a^3}{ab+4b^2}\le3b-a\Leftrightarrow-\frac{\left(a+b\right)\left(a-b\right)^2}{ab+4b^2}\le0\)
\(4,15+3,8+33,45+15,24\)
\(=\left(4,15+33,45\right)+3,8+15,24\)
\(=37,6+15,24+3,8\)
\(=52,84+3,8\)
\(=56,64\)
Theo bất đẳng thức Cô-si ta có
a^5 + a >= 2√(a^5.a);
hay a^5 >= 2a^3 - a.
Chứng minh tương tự, ta cũng có
b^5 >= 2b^3 - b.
Cộng hai bất đẳng thức theo vế ta được
a^5 + b^5 >= 2a^3 + 2b^3 - a - b,
hay a^3 + b^3 >= 2a^3 + 2b^3 - a - b,
hay a^3 + b^3 <= a + b (*).
Vì a^3 + b^3 = (a + b)(a^2 - ab + b^2) nên bất đẳng thức (*) tương đương với
(a + b)(a^2 - ab + b^2) <= a + b,
hay a^2 - ab + b^2 <= 1,
hay a^2 + b^2 <= ab + 1.
Dấu bằng xảy ra khi a = b = 1