Tải bản đầy đủ (.pdf) (13 trang)

Ước lượng trong chứng minh bất đẳng thức

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (200.67 KB, 13 trang )


BÀI TOÁN TIẾP TUYẾN FECMA-ƯỚC LƯỢNG

Tiếp tuyến:
Với tính nhất hình học dễ thấy rằng khi tiếp tuyến
(
)
tt
d
tại một ñiểm trên ñồ thị
(
)
xfy
=
ngoại trừ ñiểm uốn, thì luôn luôn tồn tại lân cận
(
)
β
α
,
sao cho
(
)
tt
dxf


khi lân cận ñó nằm trong giới hạn lồi và
(
)
tt


dxf

lân cận ñó nằm trong giới hạn
lõm.
Trong trường hớp với ý ñồ ta giải bằng cách
b
a
x =
và hiển nhiên trong những bài
toán mà ñẳng thức xảy ra khi
cba
=
=
thì rõ ràng ta viết phương trình tiếp tuyến
tại
(
)
(
)
1;1 f
.Để chứng tỏ những ưu ñiểm của cách giải này, chúng ta xét những ví
dụ sau ñây
[Ví dụ].
Cho cba ,, là các số thực dương.Chứng minh rằng .
2
222
22
2
22
2

22
2
cba
acac
c
cbcb
b
baba
a
++

++
+
++
+
++

Giải
Ta sẽ chứng minh
0
>
x thì.
16
311
12
2
2


++

x
xx
x
thật vậy .
Nếu
11
3
0
<<
x thì bất ñẳng thức hiển nhiên ñúng .
Nếu
11
3

x thì ta có .
(
)
(
)
2
24
31112256 −++≥ xxxx
(
)
(
)
0939141
2
2
≥−+− xxx luôn luôn ñúng

11
3
≥x
Từ ñó ta chọn
x
lần lượt là
a
c
c
b
b
a
,, vào bất ñẳng thức trên và cộng vế theo vế ta
ñược.
∑∑


++
cycliccyclic
ba
baba
a
16
311
2
22
2


2

2
22
2
cba
baba
a
cyclic
++

++



Vậy bài toán chứng minh xong .
[Ví dụ].
Cho
cba ,,
là các số thực dương.Chứng minh rằng .
( )
cba
c
ca
ac
b
bc
cb
a
ab
ba
++≤

+

+
+

+
+

4
6
29
6
29
6
29
2
33
2
33
2
33

Giải
Ta sẽ chứng minh
0
>
x
thì.
15
6

129
2
3
−≤
+

x
x
x
x
thật vậy .
Bất ñẳng ñẳng thức viết lại .
(
)
(
)
( )
00
6
11
15
6
129
2
2
2
3
>∀≤
+
+−−

=+−
+

x
xx
xx
x
xx
x

Từ ñó ta chọn
x
lần lượt là
a
c
c
b
b
a
,,
vào bất ñẳng thức trên và cộng vế theo vế ta
ñược.
( )
∑∑
−≤
+

cycliccyclic
ba
aab

ba
5
6
29
2
33


( )
cba
aab
ba
cyclic
++≤
+



4
6
29
2
33

Vậy bài toán chứng minh xong .
[Ví dụ].
Cho
cba ,,
là các số thực dương.Chứng minh rằng .
3

22
3
22
3
22
3
cba
a
ca
c
c
c
bc
b
b
b
ab
a
a ++

++
+
++
+
++

Giải
Ta sẽ chứng minh
0
>

x
thì.
3
12
1
2
3


++
x
x
x
x
thật vậy .
Bất ñẳng ñẳng thức viết lại .
(
)
(
)
( )
0
13
11
3
12
1
2
2
2

3

++
+−
=


++ xx
xxx
xx
x

Từ ñó ta chọn
x
lần lượt là
a
c
c
b
b
a
,,
vào bất ñẳng thức trên ta ñược.
∑∑


++
cycliccyclic
ba
baba

a
3
2
22
3


3
22
3
cba
baba
a
cyclic
++

++



Vậy bài toán chứng minh xong .
[Ví dụ].
Cho các số thực không âm
cba ,,
thoả
1
=
+
+
cba

.Chứng minh rằng .
3211113
222
+≤++++++++≤ ccbbaa

Giải
Áp dụng bất ñẳng thức Mincowsky ta có .
2
22
2
2
3
3
2
3
4
3
2
1
1








+







+++≥+






+=++
∑∑
cbaaaa
cycliccyclic


131
2
≥++⇒

cyclic
aa

Đẳng thức xảy ra khi
3
1
=== cba


Ta lại có
[
]
1,0


a
thì
(
)
1131
2
+−≤++ aaa
thật vậy, ta viết lại như sau

(
)
(
)
01223 ≥−−⇔ aa

Tương tư ta có
(
)
(
)
1131,1131
22
+−≤+++−≤++ cccbbb


Cộng vế theo vế ta ñược
321
2
+≤++

cyclic
aa

Đẳng thức xảy ra khi
1,0
=
=
=
cba
và các hoán vị
[Lê Khánh Sỹ].
Cho các số thực
7 ,,
321

n
xxxx

2
2
1
n
x
n
k

k
=


=
. Chứng minh rằng .
5
6
1
1

1
1
1
1
1
1
22
3
3
2
2
2
2
1
1
n
x
x
x

x
x
x
x
x
n
n

+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+

Giải
Với
7

x
ta luôn có :
(
)
(
)

( )
0
125
127
25
432
1
1
2
2
2

+
−−
=


+
+
x
xxx
x
x


25
432
1
1
2

x
x
x


+
+



∑∑
==
−≤
+
+

n
k
n
k
k
k
x
n
x
x
11
2
25
4

25
32
1
1


5
6
1
1
1
2
n
x
x
n
k
k
k

+
+


=

Vậy bài toán chứng minh xong .
[Ví dụ].
Cho các số thực dương
cba ,,

.Chứng minh rằng .
( ) ( ) ( )
( )
cba
ba
c
ac
b
cb
a
++

+
+
+
+
+
4
9
222

Giải
Bất ñẳng thức trên là thuần nhất vì
(
)
(
)
cbafttctbtaf ,,,,
1−
=

Do ñó không mất tính
tổng quát của bài toán ta chuẩn hóa
9
=
+
+
cba
.
Vậy bài toán ñược viết lại .
( )
4
1
9
2



cyclic
a
a
với
9
=
+
+
cba

Dễ thấy .
( )
( )

9,0
12
1
18
9
2
∈∀−≥

a
a
a
a


( )
( )
4
1
9
12
3
18
9
2
2




+

+





cyclic
cyclic
a
a
cba
a
a

Vậy bài toán chứng minh xong .
[Ví dụ].
Cho các số thực dương
cba ,,
thoả
1
2222
=+++ dcba
.Chứng minh rằng .
( )
6
1111
≥+++−







+++ dcba
dcba

Giải
Từ hệ thức
( )
001620
2
1
2
>∀≥+






− xxx

Suy ra
4
11
5
1
,
4
11

5
1
22
+−≥−+−≥− bb
b
aa
a

,
4
11
5
1
,
4
11
5
1
22
+−≥−+−≥− dd
d
cc
c

Cộng vế theo vế ta ñược ñiều phải chứng minh.
[Ví dụ].
Cho các số thực dương
dcba ,,,
thoả
1

=
+
+
+
dcba
.Chứng minh rằng .
(
)
8
1
6
22223333
++++≥+++ dcbadcba

Giải
Bài toán trên có thể viết lại như sau.
Với các số thực dương
t
z
y
x
,
,
,
thoả mãn ñiều kiện
4
=
+
+
+

tzyx
thì ta có
(
)
(
)
846
22223333
++++≥+++ tzyxtzyx

Thật vậy từ hệ thức.

(
)
(
)
0,0861
2
>∀≥+− mmm
ta thay
m
lần lượt cho các biến thì

(
)
1010246
23
−++≥

xxx



(
)
1010246
23
−++≥ yyy

(
)
1010246
23
−++≥ zzz


(
)
1010246
23
−++≥ ttt

Cộng vế theo vế ta ñược ñiều phải chứng minh.Đẳng thức xảy ra khi
1
=
=
=
=
tzyx
hay
4

1
==== dcba
.
Ước lượng ñánh giá
Bằng cách phân hoạch ñều của bất ñẳng thức , và ñẳng thức xảy ra khi nào ? lúc
ñó ta sẽ nhận xét và ñánh giá nó , tuy nhiên chúnh ta cũng có thể sai lầm do nó
không phải là tổng quát của một cách giải nào.
[Lê Khánh Sỹ].
Cho ba số dương
cba ,,
thoả
1
=
abc
. Chứng minh rằng.
1
111
444444

++
+
++
+
++
b
a
c
a
c
b

c
b
a

Giải
Ta chọn số thực
α
sao cho

ααα
α
c
b
a
a
c
b
a
++

++

1
44
1


(
)
441

cbacb +≤+⇔

ααα


(
)
(
)
44
1
cbbccb +≤+⇔

α
αα

Do tính ñồng bậc của bất ñẳng thức và bất ñẳng thức hoán vị , vậy ta chọn
234

=
α
ta tìm ñược ngay
2
=
α
do ñó ta có

22244
22244
22244

1
1
1
c
b
a
c
b
a
c
cba
b
acb
cba
a
cba
+
+

+
+
++

++
++

++

Ta lại có


cbacba ++≥++
222
với
1
=
abc

Vậy bài toán chứng minh xong. Đẳng thức xảy ra khi
1
=
=
=
cba

[Lê Khánh Sỹ].
Cho các số thực dương
n
aaaa , ,,,
321
thoả
1,3,;1,,1, ,
321
≥≥=∀= knnjiaaaa
n
.
Chứng minh rằng.
1
1
1,
,1
















+


=
≠=
n
ii
n
jii
k
ij
aa

Giải
Ta chọn số thực

α
sao cho
∑∑
=

≠=

+
n
i
i
j
n
jii
k
ij
a
a
aa
1
1
,1
1
α
α











+≤⇔
∑∑
≠=

=
n
jii
k
ijj
n
i
i
aaaa
,1
1
1
αα


∑∑
≠=

≠=
≤⇔
n

jii
k
ij
n
jii
i
aaa
,1
1
,1
αα


∑∑

≠=≠=

≠=










n
jii

k
i
n
jii
i
n
jii
i
aaa
,1,1
1
,1
α
α

Do tính ñồng bậc của bất ñẳng thức và bất ñẳng thức hoán vị , vậy ta chọn
(
)
(
)
kn
=
+


α
α
11
ta tìm ñược ngay
n

nk 1

+
=
α
do ñó ñể bất ñẳng thức ñúng thì
ta cần chứng minh

∑∑
=

−+
=
−+

n
i
n
nk
i
n
i
n
nk
i
aa
1
1
1
1

1

Bất ñẳng thức trên luôn ñúng vì theo bất ñẳng thức hoán vị thì




=

−+
=
=
−+

n
i
n
nk
i
n
n
I
i
n
i
n
nk
i
aaa
1

1
1
1
1
1

1
1
=

=
n
I
i
a

[Ví dụ].
Cho ba số thực dương
cba ,,
thoả
1
=
abc
. Chứng minh rằng.
1
111
442442442

++
+

++
+
++
b
a
c
a
c
b
c
b
a

Giải
Ta chọn số thực
α
sao cho

ααα
α
c
b
a
a
c
b
a
++

++

−2
442
1


(
)
442
cbacb +≤+⇔

ααα


(
)
(
)
44
2
cbbccb +≤+⇔

α
αα

Do tính ñồng bậc của bất ñẳng thức và bất ñẳng thức hoán vị , vậy ta chọn
434

=
α
ta tìm ñược ngay

3
8
=
α
do ñó ta có

3
8
3
8
3
8
3
2
442
3
8
3
8
3
8
3
2
442
3
8
3
8
3
8

3
2
442
1
1
1
cba
c
bac
cba
b
acb
cba
a
cba
++

++
++

++
++

++

Vậy ta cần chứng minh

3
2
3

2
3
2
3
8
3
8
3
8
cbacba ++≥++

Bất ñẳng thức trên luôn ñúng vì ta có

(
)
(
)
1,
222
2
888
=++≥++ xyzzyxxyzzyx

Vậy bài toán chứng minh xong. Đẳng thức xảy ra khi
1
=
=
=
cba


[Ví dụ].
Cho ba số thực dương
cba
,,
. Chứng minh rằng.
2
3
22
2
22
2
22
2

+
+
+
+
+
b
a
c
a
c
b
c
b
a

Giải

Thật ra ñây chỉ là biến thể của Nesbitt mà ta chứng minh rồi !
Ta chọn số thực
α
sao cho









++

+
ααα
α
cba
a
cb
a
2
3
22
2


(
)

222
3222
cbacba +≥++

αααα

Ta lại có

3
2
3
3
αα
ααα
babba ≥++


3
2
3
3
αα
ααα
cacca ≥++

Cộng vế theo vế và ñồng nhất với giả thiết ta ñược
3
=
α
do ñó ta có










++

+








++

+









++

+
333
3
22
2
333
3
22
2
333
3
22
2
2
3
2
3
2
3
cba
a
ba
c
cba
b
ac
b

cba
a
cb
a

Cộng vế theo vế thì bài toán chứng minh xong.
[Lê Khánh Sỹ].
Cho ba số dương
cba ,,
thoả
1
=
abc
. Chứng minh rằng.
1
333333

+
+
+
+
+
+
+
+
b
a
c
c
a

c
b
b
c
b
a
a

Giải
Ta chọn số thực
α
sao cho

ααα
α
c
b
a
a
c
b
a
a
+
+

+
+
33



(
)
441
cbacb +≤+⇔

ααα


(
)
(
)
33
1
cbbccb +≤+⇔

α
αα

Do tính ñồng bậc của bất ñẳng thức và bất ñẳng thức hoán vị , vậy ta chọn
233

=
α
ta tìm ñược ngay
3
5
=
α

do ñó ta có

3
5
3
5
3
5
3
5
33
3
5
3
5
3
5
3
5
33
3
5
3
5
3
5
3
5
33
cba

c
bac
c
cba
b
acb
b
cba
a
cba
a
++

++
++

++
++

++

Cộng vế theo vế ta ñược ñiều phải chứng minh.

[Ví dụ].
Cho ba số thực dương
cba ,,
. Chứng minh rằng.
( ) ( ) ( )
1
3

3
3
3
3
3
3
3
3

++
+
++
+
++ bac
c
acb
b
cba
a

Giải
Ta chọn số thực
α
sao cho

( )
ααα
α
cba
a

cba
a
++

++
3
3
3

Bất ñẳng thức ñúng thì hiển nhiên ñúng với
1
=
=
cb
do ñó suy ra

(
)
(
)
82
32
2
3
+≥+ aaaa
αα


(
)

( ) ( )
2212
332
334:
2:
aaaaf
aaaaf
+++−=

++−=
+−
+
αα
αα
αα

Ta cần có

(
)
(
)
20334:1
=

=
+
+
+


=

α
α
α
f

Với
2
=
α
ta ñược

( )
222
2
3
3
3
cba
a
cba
a
++

++


2
2

22
3
11








+
+≤






+
+

a
cb
a
cb


2
3

2
1
11












+
+≤






+
+

a
cb
a
cb



(
)
02
2
2
≥−

tt
với
a
cb
t
+
=
luôn luôn ñúng .
Tóm lại ta ñược

( )
222
2
3
3
3
cba
a
cba
a
++


++

Xây dựng tương tự các bất ñẳng thức còn lại và cộng vế theo vế thì bài toán chứng
minh xong.
[Turkey 2007].
Cho ba số thực dương
cba
,,
thoả
1
=
+
+
cba
. Chứng minh rằng.
ca
bc
ab
b
b
ca
a
a
bc
c
c
ab
++


++
+
++
+
++
1
2
2
1
2
2
1
2
2
1
222

Giải

( )
( )
abcabccbaabcaccb
cabcab
ab
ccab
222
22
1
22222
2

2
+≥++++
++

++


22222
2
abcaccb ≥+
luôn luôn ñúng
Xây dựng tương tự các bất ñẳng thức còn lại và cộng vế theo vế thì bài toán chứng
minh xong.
[Moldova].
Cho các số thực
[
]
1,0, ,,
21

n
xxx
.Chứng minh rằng.

3
1
12

1212
33

2
2
3
1
1

−++
++
−++
+
−++
n
n
xSn
x
xSn
x
xSn
x

Trong ñó
33
1
3
1

n
xxxS +++=

Giải

Bài toán chứng minh xong khi ta chứng minh ñược bất ñẳng thức sau

[
]
(
)
nii
xxxxSnnix +++≥−++=∈∀ , ,312,;1,1,0
21
3

Do ñó ta xây dựng bài toán như sau

(
)
(
)
(
)
(
)
i
nn
xnS
nS
xxxxxx
−++≤
+=
++++++≤+++
12

2
2 22, ,3
33
2
3
121

Vậy bài toán chứng minh xong .
[Crux-Mathematicorum].
Cho các số thực
[
]
1,0, ,,
621

xxx . Chứng minh rằng.
5
3
5

55
5
6
3
6
5
2
3
2
5

1
3
1

+−
++
+−
+
+− xS
x
xS
x
xS
x

Trong ñó
5
6
5
5
5
4
5
3
5
2
5
1
xxxxxxS +++++=
Giải

Bài toán chứng minh xong khi ta chứng minh ñược bất ñẳng thức sau

[ ]
(
)
3
6
3
2
3
1
5

3
5
5,6;1,1,0 xxxxSix
ii
+++≥+−=∈∀
Do ñó ta xây dựng bài toán như sau

( )
(
)
(
)
(
)
5
4
3

2 2323

3
5
5
5
6
5
2
5
1
3
6
3
2
3
1
+−≤
+=
++++++
≤+++
i
xS
S
xxx
xxx

Vậy bài toán chứng minh xong .
[Lê Khánh Sỹ].
Cho các số thực

[
]
1,0, ,,
21

n
xxx , ni ,1=∀ và hai số tự nhiên 1


β
α
. Chứng
minh rằng.
( ) ( ) ( )
α
β
β
βα
β
βα
β
βα
α
β
α
β
α
β

−+


+
++
−+

+
+
−+

+
n
n
x
n
S
x
x
n
S
x
x
n
S
x
1

11
2
2
1

1

Trong ñó
ααα
n
xxxS +++=
21

Giải
Áp dụng GMAM

cho
α
số dương ta có

β
βαβ
ααα
α
xxxx ≥+++++++

434 2144 344 21
1 11

(
)
βα
αβαβ
xx ≥−+
Do ñó ta có


(
)
( )
( )
( )
( )
( )
βββ
βββααα
βα
β
α
β
βα
αβαβ
αβαβ
n
nn
xxx
n
S
xxxnxxx
xx
+++≥

+
+++≥−++++
≥−+



21
2121


[
]
1,0, ,,
21

n
xxx
nên ta suy ra

(
)
(
)
ββββ
β
α
β
β
α
ni
xxxx
n
S +++≥−+

+ 1

21

Hay
( )
( )
βββ
β
α
β
α
β
β
βα
n
i
i
i
xxx
x
x
n
S
x
+++

−+

+

1

21

Cho
i
chạy từ n
,1
và cộng theo vế ta ñược ñiều phải chứng minh.
Bài tập hướng dẫn.
[Ví dụ].
Cho cba
,,
là các số thực dương.Chứng minh rằng .
3
2
2
2
22
3
22
3
22
3
cba
a
c
c
c
b
b
b

a
a
++

+
+
+
+
+

Hướng dẫn :
0
>

x thì ta luôn có .
9
47
2
2
3


+
x
x
x

[Ví dụ].
Cho cba
,,

là các số thực dương.Chứng minh rằng .
3
3
2
3
2
3
2
333
2
cba
ac
c
cb
b
ba
a
++

+
+
+
+
+

Hướng dẫn :
0
>

x thì ta luôn có .

4
15
1
2
2
3
3
3
3


+
x
x
x

[Ví dụ].
Cho hai bộ số dương
nn
bbbbaaaa
, ,,,;, ,,,
321321
thoả
1
321321
=
+
+
+
+

=
+
+
+
+
nn
bbbbaaaa . Chứng minh rằng.

2
1

2
33
2
3
22
2
2
11
2
1

+
++
+
+
+
+
+
nn

n
ba
a
ba
a
ba
a
ba
a

Hướng dẫn :
0
>
x thì ta có .
4
13
1
2
+

+
x
x
x

[Ví dụ].
Cho ba số dương cba
,,
. Chứng minh rằng.
cba

c
ac
ca
c
bc
bc
b
ab
ab
++≤
+

+
+

+
+

2
33
2
33
2
33
3
5
3
5
3
5


Hướng dẫn :
0
>
x thì ta có .
12
3
15
2
33
−≤
+

x
x
x
x


[Ví dụ].
Cho các số thực
[
]
1,0,,

cba
và thoả
1
=
+

+
cba .Chứng minh rằng .
10
27
1
1
1
1
1
1
2
5
222

+
+
+
+
+

c
b
a

Hướng dẫn :
Ta luôn có
[
]
1,0



x
thì :









+
+−

+
2
2
1
1
10
5427
1
1
2
2
x
x
x
x


[Olympic BaLan].
Cho các số thực
4
3
,, −≥
cba và thoả
1
=
+
+
cba .Chứng minh rằng .
10
9
1
1
1
222

+
+
+
+
+
c
c
b
b
a
a


Hướng dẫn :






−∈
2
5
;
4
3
x
thì ta luôn có .
50
336
1
2
+

+
x
x
x

[Ví dụ].
Cho cba
,,

là ñộ dài ba cạnh của một tam giác . Chứng minh rằng.






+
+
+
+
+

++
+++
accbbacbacba
111
4
9111

Hướng dẫn :
Bất ñẳng thức trên là thuần nhất ño ñó ta chuẩn hóa
3
=
+
+
cba .khi ñó quay về
bài tiếp tuyến quen thuộc.
[Ví dụ].
Cho ba số dương cba

,,
thoả
3
=
+
+
cba . Chứng minh rằng.
3
12
1
12
1
12
1
222

+
+
+
+
+
cba

Hướng dẫn :
30
<
<
x thì ta có .
9
3532

12
1
2
+−

+
x
x

[Ví dụ].
Cho
cba ,,
là các số thực dương.Chứng minh rằng .
(
)
( )
(
)
( )
(
)
( ) ( )
2
222
2
2
2
2
2
2

2
2
2
7
9
333 cba
cba
bac
cba
bab
bca
cba
acb
++
++

++
−+
+
++
−+
+
++
−+

Hướng dẫn :
Rõ ràng bất ñẳng thức trên là thuần nhất do ñó không mất tính tổng quát ta chuẩn
hóa
3
=

+
+
cba
. Do ñó ta viết lại bất ñẳng thức như sau

(
)
( )
7
33
23
222
2
2
2
cba
aa
a
cyclic
++

−+



Để giải quyết bất ñẳng thức trên ta ñi chứng minh bổ ñề sau

(
)
( )

( )
44447
49
1
33
23
2
2
2
2
+−≥
−+

xx
xx
x
với
30
<
<
x


(
)
(
)
(
)
( )

( )
045126281
0234996444447
2
2
2
22
≤−−−
≤−−+−+−
xxx
xxxxx

[Ví dụ].
Cho ba số thực dương
cba ,,
.Chứng minh rằng.
( )
cba
ba
c
ac
b
cb
a
++≥
+
+
+
+
+

2
3

Hướng dẫn :
Bất ñẳng thức trên là thuần nhất do ñó ta chuẩn hóa
6
=
+
+
cba
khi ñó ta cần
chứng minh

60 << x
thì ta có
8
25
6



x
x
x

[Ví dụ].
Cho ba số thực không âm
cba ,,
thoả mãn
1

222
=++ cba
.Chứng minh rằng.
2
111

+
+
+
+
+ ab
c
ca
b
bc
a

Hướng dẫn :
Ước lượng
cba
a
bc
a
++

+
2
1

[Ví dụ].

Cho ba số thực dương
cba ,,
thoả mãn
1=abc

1≥n
.Chứng minh rằng.
3
2
3
2
3
2
3
2
+++
+
++

++
nnn
n
nn
cbb
a
cba
a

[Ví dụ].
Cho ba số thực dương

cba
,,
thoả mãn
1
=abc

10
≤< n
.Chứng minh rằng.

3
21
3
21
3
21
3
1
1
nnn
n
n
cba
a
cba
+++

++

++




×