Tải bản đầy đủ (.pdf) (13 trang)

Bài toán bất đẳng thức hình học trong kỳ thi IMO năm 1961

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (235.67 KB, 13 trang )

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

<b>Về một bài toán thi IMO</b>


Tạ Thị Ngọc Hà(1)<sub>, Vũ Tiến Việt</sub>(2)


Với tam giác<i>ABC</i> ta ký hiệu
- Các góc: <i>A, B, C</i>


- Các cạnh: <i>a</i>=<i>BC, b</i> =<i>CA, c</i> =<i>AB</i>


- Các đường cao: <i>ha, hb, hc</i>
- Các trung tuyến: <i>ma, mb, mc</i>
- Các phân giác: <i>la, lb, lc</i>


- Bán kính đường trịn nội tiếp, ngoại tiếp: <i>r, R</i>


- Bán kính các đường trịn bàng tiếp: <i>ra, rb, rc</i>
- Nửa chu vi: <i>p</i>= 1


2(a+<i>b</i>+<i>c)</i>
- Diện tích: <i>S</i>


<i>•</i> Năm 1961 kỳ thi IMO tại Budapest - Hungary có bài tốn sau:
<i>Choa, b, clà độ dài các cạnh vàSlà diện tích của một tam giác.</i>
<i>Chứng minh bất đẳng thức</i> <i>a</i>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2 <sub>></sub><sub>4</sub><i>√</i><sub>3S</sub> <sub>(</sub><i><sub>∗</sub></i><sub>)</sub><i><sub>.</sub></i>
<i>Dấu</i>(=)<i>xảy ra khi và chỉ khi tam giác là đều.</i>


Bài toỏn ny do R. Weitzenb ăock a ra nm 1919.


<i>ã</i> Trc Weitzenb ăock, nm 1897 I. Ionescu a ra bt đẳng thức sau:
<i>Chứng minh rằng không tồn tại tam giác thả mãn</i> <i>a</i>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2 <i><sub><</sub></i><sub>4</sub><i>√</i><sub>3S</sub>
Vì thế người ta cịn gọi(<i>∗</i>)là bất ng thc Ionescu-Weitzenb ăock.



<i>ã</i> Nm 1938 P. Finsler v H. Hadwiger nêu ra bất đẳng thức "mạnh" hơn bất đẳng
thức Weitzenb ăock nh sau:


<i>Vi mi tam giỏc ta cú</i>


<i>a</i>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2 <sub>></sub><sub>4</sub><i></i><sub>3S</sub><sub>+ (a</sub><i><sub>−</sub><sub>b)</sub></i>2<sub>+ (b</sub><i><sub>−</sub><sub>c)</sub></i>2<sub>+ (c</sub><i><sub>−</sub><sub>a)</sub></i>2 <sub>(</sub><i><sub>∗∗</sub></i><sub>)</sub>


Một số tác giả đã đưa ra khá nhiều cách chứng minh và những phát triển xung
quanh 2 bất đẳng thức trên.


<i>•</i> Năm 1966 V. Gordon đưa ra bất đẳng thức sau:
<i>Với mọi tam giác ta có bất đẳng thức</i>


<i>ab</i>+<i>bc</i>+<i>ca</i>>4<i>√</i>3S.


(1)<sub>Học viên cao học Toán K18 Đại học Quy Nhơn.</sub>


</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

<i>•</i> Ta chứng minh sự tương ng ca cỏc bt ng thc Ionescu-Weitzenb ăock(<i></i>)


v Finsler-Hadwiger(<i></i>).


Tht vy, hiển nhiên từ bất đẳng thức Finsler-Hadwiger(<i>∗∗</i>)suy ra bất đẳng thc
Ionescu-Weitzenb ăock(<i></i>).


Ta ch cũn chng t t bt ng thc Ionescu-Weitzenb ăock(<i></i>)suy ra bt ng thc
Finsler-Hadwiger(<i></i>).


Ta v hỡnh nh di đây, trong đó<i>AA</i>1<i>, BB</i>1<i>, CC</i>1 là phân giác của các góc<i>A, B, C</i>
tương ứng.



Xét tam giác<i>A</i>1<i>B</i>1<i>C</i>1 với các cạnh <i>a</i>1<i>, b</i>1<i>, c</i>1 tương ứng, nửa chu vi<i>p</i>1, diện tích<i>S</i>1, bán
kính nội tiếp<i>r</i>1, bán kính ngoại tiếp<i>R</i>1 =<i>R</i>.


Ta có<i>B</i>\1<i>A</i>1<i>C</i>1 =


<i>B</i>+<i>C</i>


2 =


<i>π</i>


2 <i>−</i>


<i>A</i>


2, nên <i>B</i>1<i>C</i>1 =<i>a</i>1 = 2Rsin<i>B</i>\1<i>A</i>1<i>C</i>1 =
= 2Rcos<i>A</i>


2 = 2R


q


<i>p(p−a)</i>


<i>bc</i> = 2R


p <i><sub>p</sub></i>


<i>abc</i>



p


<i>a(p−a) =</i>


q


<i>R</i>
<i>r</i>


p


<i>a(p−a)</i>.
Tương tự ta có <i>b</i>1 =


q


<i>R</i>
<i>r</i>


p


<i>b(p−b), c</i>1 =


q


<i>R</i>
<i>r</i>


p



<i>c(p−c)</i>. Suy ra


X


<i>cyclic</i>


<i>a</i>2
1 =


<i>R</i>
<i>r</i>


X


<i>cyclic</i>


<i>a(p−a) =</i> <i>R</i>
2r


h X


<i>cyclic</i>


<i>a</i>2<i><sub>−</sub></i> X


<i>cyclic</i>


(b<i>−c)</i>2i<i><sub>,</sub></i>


<i>S</i>1 =



<i>a</i>1<i>b</i>1<i>c</i>1


4R1


= 8R


3<sub>cos</sub><i>A</i>
2 cos


<i>B</i>
2 cos


<i>C</i>
2


4R = 2R


2 Y
<i>cyclic</i>


cos<i>A</i>


2 = 2R


2 <i>p</i>


4R =


<i>R</i>


2r<i>S.</i>


Áp dụng bt ng thc Ionescu-Weitzenb ăock(<i></i>)cho tam giỏc<i>A</i>1<i>B</i>1<i>C</i>1
ta cú <i>a</i>2


1+<i>b</i>21+<i>c</i>21 >4
<i></i>


3S1, nên ta được


X


<i>cyclic</i>


<i>a</i>2
1 =


<i>R</i>
2r


h X


<i>cyclic</i>


<i>a</i>2<i><sub>−</sub></i> X


<i>cyclic</i>


(b<i>−c)</i>2i <sub>></sub><sub>4</sub><i>√</i><sub>3S</sub>
1 =



<i>R</i>
2r4


<i>√</i>


3S.


</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

Với sự phân tích trên, ta cịn có một kết quả thú vị sau.
<i>Mệnh đề. Với mọi tam giácABC</i>ta có đẳng thức


<i>a</i>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2 <sub>= 4S</sub> X
<i>cyclic</i>


tan<i>A</i>


2 +


X


<i>cyclic</i>


(b<i>−c)</i>2<i><sub>.</sub></i>


<i>Chứng minh.</i> Áp dụng hệ thức<i>a</i>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2 <sub>= 4S(cot</sub><i><sub>A</sub></i><sub>+ cot</sub><i><sub>B</sub></i><sub>+ cot</sub><i><sub>C)</sub></i><sub>đối với tam giác</sub>


<i>A</i>1<i>B</i>1<i>C</i>1 nói trên ta có <i>a</i>21+<i>b</i>21+<i>c</i>21 = 4S1(cot<i>A</i>1+ cot<i>B</i>1 + cot<i>C</i>1). Do đó với sự phân
tích ở phía trên thì


X



<i>cyclic</i>


<i>a</i>2
1 =


<i>R</i>
2r


h X


<i>cyclic</i>


<i>a</i>2<i><sub>−</sub></i> X


<i>cyclic</i>


(b<i>−c)</i>2i <sub>= 4S</sub>
1


X


<i>cyclic</i>


tan <i>A</i>
2 = 4


<i>R</i>
2r<i>S</i>



X


<i>cyclic</i>


tan<i>A</i>
2<i>,</i>


suy ra điều cần chứng minh.
Đến đây chú ý rằng tan<i>A</i>


2 + tan<i>B</i>2 + tan<i>C</i>2 >
<i>√</i>


3ta có thêm một cách chứng minh
cho bất đẳng thức Finsler-Hadwiger(<i>∗∗</i>).


<i>•</i> Ta giới thiệu một số bất đẳng thức được phát trin da trờn cỏc bt ng thc
Ionescu-Weitzenb ăock(<i></i>)v Finsler-Hadwiger(<i></i>)sau õy:


<i>Bi toán 1. Cho các sốx, y, z</i>thỏa mãn điều kiện


<i>x</i>+<i>y ></i>0, y+<i>z ></i>0, z+<i>x ></i>0, xy+<i>yz</i>+<i>zx ></i>0.
Với mọi tam giác ta có bất đẳng thức


<i>xa</i>2<sub>+</sub><i><sub>yb</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>zc</sub></i>2 <sub>></sub><sub>4S</sub><i>√<sub>xy</sub></i><sub>+</sub><i><sub>yz</sub></i><sub>+</sub><i><sub>zx.</sub></i>


<i>Chứng minh.</i> Bất đẳng thức cần chứng minh có thể viết thành


<i>xa</i>2<sub>+</sub><i><sub>yb</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>z(a</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<i><sub>−</sub></i><sub>2ab</sub><sub>cos</sub><i><sub>C)</sub></i><sub>></sub><sub>2ab</sub><sub>sin</sub><i><sub>C</sub>√<sub>xy</sub></i><sub>+</sub><i><sub>yz</sub></i> <sub>+</sub><i><sub>zx</sub></i>
<i>⇔</i> (x+<i>z)a</i>2<sub>+ (y</sub><sub>+</sub><i><sub>z)b</sub></i>2 <sub>></sub><sub>2ab</sub>³<i><sub>z</sub></i><sub>cos</sub><i><sub>C</sub></i><sub>+ sin</sub><i><sub>C</sub>√<sub>xy</sub></i><sub>+</sub><i><sub>yz</sub></i><sub>+</sub><i><sub>zx</sub></i>´



<i>⇔</i> (x+<i>z)a</i>


<i>b</i> + (y+<i>z)</i>
<i>b</i>
<i>a</i> >2


³


<i>z</i>cos<i>C</i>+ sin<i>C√xy</i>+<i>yz</i>+<i>zx</i>


´


Sử dụng bất đẳng thức Cauchy-Schwarz ta có


(x+<i>z)a</i>


<i>b</i> + (y+<i>z)</i>
<i>b</i>
<i>a</i> >2


p


(x+<i>z)(y</i>+<i>z)</i>
2


³


<i>z</i>cos<i>C</i>+ sin<i>C√xy</i>+<i>yz</i>+<i>zx</i>



´


62


q


(z2<sub>+</sub><i><sub>xy</sub></i><sub>+</sub><i><sub>yz</sub></i> <sub>+</sub><i><sub>zx)(cos</sub></i>2<i><sub>C</sub></i><sub>+ sin</sub>2<i><sub>C)</sub></i>


= 2p(z2<sub>+</sub><i><sub>xy</sub></i><sub>+</sub><i><sub>yz</sub></i><sub>+</sub><i><sub>zx) = 2</sub></i>p<sub>(x</sub><sub>+</sub><i><sub>z)(y</sub></i><sub>+</sub><i><sub>z)</sub></i>


</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

<i>Bài toán 2. Cho các sốx ></i>0, y >0, z > 0. Với mọi tam giác ta có bất đẳng thức


<i>xab</i>+<i>ybc</i>+<i>zca</i>>4S<i>√xy</i>+<i>yz</i>+<i>zx.</i>


<i>Chứng minh.</i> Áp dụng bất đẳng thức của bài toán 1 ta thấy
Với<i>x→xb</i>


<i>a, y</i> <i>→y</i>
<i>c</i>


<i>b, z</i> <i>→z</i>
<i>a</i>


<i>c</i> ta được
<i>xab</i>+<i>ybc</i>+<i>zca</i>>4S


r


<i>xyc</i>
<i>a</i> +<i>yz</i>



<i>a</i>
<i>b</i> +<i>zx</i>


<i>b</i>
<i>c,</i>
(xab+<i>ybc</i>+<i>zca)</i>2 >16S2(xy<i>c</i>


<i>a</i> +<i>yz</i>
<i>a</i>
<i>b</i> +<i>zx</i>


<i>b</i>
<i>c</i>).


Với<i>x→zc</i>


<i>a, y</i> <i>→x</i>
<i>a</i>


<i>b, z</i> <i>→y</i>
<i>b</i>


<i>c</i> ta được


(xab+<i>ybc</i>+<i>zca)</i>2 <sub>></sub><sub>16S</sub>2<sub>(xy</sub><i>a</i>


<i>c</i> +<i>yz</i>
<i>b</i>
<i>a</i> +<i>zx</i>



<i>c</i>
<i>b</i>).


Cộng 2 bất đẳng thức này ta được


2(xab+<i>ybc</i>+<i>zca)</i>2 >16S2


h


<i>xy(c</i>
<i>a</i> +


<i>a</i>


<i>c</i>) +<i>yz(</i>
<i>a</i>
<i>b</i> +


<i>b</i>


<i>a</i>) +<i>zx(</i>
<i>b</i>
<i>c</i> +


<i>c</i>
<i>b</i>)


i



>32S2(xy+<i>yz</i> +<i>zx).</i>


Suy ra điều phải chứng minh.


<i>Bài toán 3. Với mọi tam giác ta có bất đẳng thức</i>


<i>a</i>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2 <sub>></sub><sub>4</sub><i>√</i><sub>3S</sub><sub>+ 2(m</sub>2


<i>a−h</i>2<i>a</i>).
<i>Chứng minh.</i> Theo cơng thức đương trung tuyến ta có 4m2


<i>a</i> = 2(b2 +<i>c</i>2)<i>−a</i>2, nên bất
đẳng thức cần chứng minh trở thành


<i>a</i>2+<i>b</i>2+<i>c</i>2 >4<i>√</i>3S+<i>b</i>2+<i>c</i>2<i>−</i> <i>a</i>
2


2 <i>−</i>2h


2
<i>a,</i>
hay 3a2


2 + 2h


2
<i>a</i> >4


<i>√</i>



3S.


Bất đẳng thức này đúng vì 3a2


2 + 2h2<i>a</i>>2


q


3a2


2 <i>·</i>2h2<i>a</i>= 2ah<i>a</i>
<i>√</i>


3 = 4<i>√</i>3S.
Từ đây ta còn suy ra bất đẳng thức


<i>a</i>2 <sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2 <sub>></sub><sub>4</sub><i>√</i><sub>3S</sub><sub>+</sub> 2


3[(m


2


<i>a</i>+<i>m</i>2<i>b</i> +<i>m</i>2<i>c</i>)<i>−</i>(h2<i>a</i>+<i>h</i>2<i>b</i> +<i>h</i>2<i>c</i>)].
<i>Bài toán 4. Với mọi tam giácABC</i> ta có bất đẳng thức


<i>a</i>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2 <sub>></sub><sub>4</sub><i>√</i><sub>3S</sub><sub>+</sub> X
<i>cyclic</i>


(b<i>−c)</i>2<sub>+ 4Rr</sub><sub>sin</sub>2 <i>B−C</i>



</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

<i>Chứng minh.</i> Ta dễ dàng chứng tỏ được


16S2 <sub>= 2(a</sub>2<i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<i><sub>c</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2<i><sub>a</sub></i>2<sub>)</sub><i><sub>−</sub></i><sub>(a</sub>4<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>4 <sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>4<sub>),</sub>


4a2<i><sub>m</sub></i>2


<i>a−</i>4a2<i>h</i>2<i>a</i> = 2(b2<i>c</i>2+<i>c</i>2<i>a</i>2)<i>−a</i>4<i>−</i>16S2 = (b2<i>−c</i>2)2<i>.</i>


Suy ra 2(m2


<i>a−h</i>2<i>a</i>) =


(b2<i><sub>−</sub><sub>c</sub></i>2<sub>)</sub>2


2a2 . Áp dụng điều này cho tam giác<i>A</i>1<i>B</i>1<i>C</i>1ở trên ta có


2(m2


<i>a1</i> <i>−h</i>2<i>a1</i>) =


(b2


1<i>−c</i>21)2


2a2
1


= 4R4(cos<i>B−</i>cos<i>C)</i>2
8R2<sub>cos</sub>2 <i>A</i>



2


= 2R2<sub>sin</sub>2 <i>B−C</i>


2 <i>.</i>


Lại áp dụng bài toán 3 cho tam giác<i>A</i>1<i>B</i>1<i>C</i>1 ở phía trên ta có


<i>a</i>2


1+<i>b</i>21+<i>c</i>21 >4
<i>√</i>


3S1+ 2(m2<i>a1</i> <i>−h</i>2<i>a1</i>).
Từ đây và chú ý tới các mối liên hệ


X


<i>cyclic</i>


<i>a</i>2<sub>1</sub> = <i>R</i>
2r


h X


<i>cyclic</i>


<i>a</i>2<i>−</i> X


<i>cyclic</i>



(b<i>−c)</i>2


i


<i>, S</i>1 = <i>R</i>


2r<i>S</i>


đã phân tích ở phía trên ta suy ra điều cần chứng minh.
Từ đây ta còn suy ra bất đẳng thức


<i>a</i>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2 <sub>></sub><sub>4</sub><i>√</i><sub>3S</sub><sub>+</sub> X
<i>cyclic</i>


(b<i>−c)</i>2<sub>+</sub>4


3<i>Rr</i>


X


<i>cyclic</i>


sin2 <i>B−C</i>


2 <i>.</i>


<i>Bài tốn 5. Với mọi tam giácABC</i> ta có bất đẳng thức


<i>a</i>2+<i>b</i>2+<i>c</i>2 >4<i>√</i>3S+ X



<i>cyclic</i>


(b<i>−c)</i>2+ 2 X


<i>cyclic</i>


hp


<i>a(p−a)−</i>p<i>b(p−b)</i>


i<sub>2</sub>


<i>.</i>


<i>Chứng minh.</i> Áp dụng mệnh đề trên cho tam giác<i>A</i>1<i>B</i>1<i>C</i>1 và chú ý mối liên hệ giữa 2
tam giác<i>ABC</i> và<i>A</i>1<i>B</i>1<i>C</i>1 ta suy ra


X


<i>cyclic</i>


<i>a</i>2 <sub>= 4S</sub> X
<i>cyclic</i>


tan<i>π−A</i>


4 +


X



<i>cyclic</i>


(a<i>−b)</i>2<sub>+</sub> X
<i>cyclic</i>


hp


<i>a(p−a)−</i>p<i>b(p−b)</i>


i<sub>2</sub>


<i>.</i>


Sử dụng bất đẳng thức Jensen cho hàm lồi tan<i>π−x</i>


4 với<i>x</i> <i>∈</i>(0, π), ta suy ra điều cần


chứng minh.


<i>Bài toán 6. Cho sốα ></i>0. Với mọi tam giác ta có bất đẳng thức


<i>aα</i>+<i>bα</i>+<i>cα</i> >3


³<sub>4S</sub>


<i>√</i>


3



´<i>α</i>


2


</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

<i>Chứng minh.</i> Ta có


<i>S</i> = <i>bc</i>


2 sin<i>A</i>=
<i>ca</i>


2 sin<i>B</i> =
<i>ab</i>


2 sin<i>C,</i>


nên


<i>S</i>3 <sub>=</sub> (abc)2sin<i>A</i>sin<i>B</i>sin<i>C</i>


8 <i>.</i>


Mặt khác


3
<i>√</i>


sin<i>A</i>sin<i>B</i>sin<i>C</i> 6 sin<i>A</i>+ sin<i>B</i> + sin<i>C</i>


3 <i>,</i>



nên


<i>S</i>3 <sub>6</sub> (abc)2


8


³<sub>sin</sub><i><sub>A</sub></i><sub>+ sin</sub><i><sub>B</sub></i> <sub>+ sin</sub><i><sub>C</sub></i>


3


´<sub>3</sub>


<i>.</i>


Ta dễ dàng chứng tỏ được


sin<i>A</i>+ sin<i>B</i>+ sin<i>C</i>6 3
<i>√</i>


3
2 <i>,</i>


do đó suy ra <i>S</i>3 <sub>6</sub> (abc)2


8


³<i>√</i><sub>3</sub>


2



´<sub>3</sub>


<i>⇔</i> (abc)2 <sub>></sub>³<i><sub>√</sub></i>4S


3


´<sub>3</sub>


.
Khi đó


<i>aα</i><sub>+</sub><i><sub>b</sub>α</i><sub>+</sub><i><sub>c</sub>α</i>


3 >


3
<i>√</i>


<i>aα<sub>b</sub>α<sub>c</sub>α</i> <sub>=</sub>


h


(abc)2i


<i>α</i>


6
>



³<sub>4S</sub>


<i>√</i>


3


´<i>α</i>


2


<i>,</i>


nên ta được bất đẳng thức cần phải chứng minh.


<i>Bài toán 7</i> (Tsintsifa, 1986). Cho các số<i>x ></i> 0, y > 0, z > 0. Với mọi tam giác ta có bất
đẳng thức


<i>x</i>
<i>y</i>+<i>za</i>


2 <sub>+</sub> <i>y</i>


<i>z</i>+<i>xb</i>


2<sub>+</sub> <i>z</i>


<i>x</i>+<i>yc</i>


2 <sub>></sub><sub>2S</sub><i>√</i><sub>3.</sub>



<i>Chứng minh.</i> Sử dụng bất đẳng thức Cauchy-Schwarz ta có


2(x+<i>y</i>+<i>z)</i>


³ <i><sub>a</sub></i>2


<i>y</i>+<i>z</i> +
<i>b</i>2


<i>z</i>+<i>x</i>+
<i>c</i>2


<i>x</i>+<i>y</i>


´


=
[(x+<i>y) + (y</i>+<i>z) + (z</i>+<i>x)]</i>


³ <i><sub>a</sub></i>2


<i>y</i>+<i>z</i> +
<i>b</i>2


<i>z</i>+<i>x</i>+
<i>c</i>2


<i>x</i>+<i>y</i>


´



>(a+<i>b</i>+<i>c)</i>2<i>,</i>


suy ra


2xa2


<i>y</i>+<i>z</i> +
2yb2


<i>z</i>+<i>x</i> +
2zc2


<i>x</i>+<i>y</i> >2(ab+<i>bc</i>+<i>ca)−</i>(a


2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2<sub>).</sub>


Mặt khác, bất đẳng thức Finsler-Hadwiger(<i>∗∗</i>)tương đương với


2(ab+<i>bc</i>+<i>ca)−</i>(a2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2<sub>)</sub><sub>></sub><sub>4S</sub><i>√</i><sub>3.</sub>


</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

<i>Bài toán 8. Chon</i> <i>∈</i>N. Với mọi tam giác ta có bất đẳng thức


<i>a</i>2n+<i>b</i>2n+<i>c</i>2n>3


³<sub>4S</sub>


<i>√</i>


3



´<i><sub>n</sub></i>


+ (a<i>−b)</i>2n+ (b<i>−c)</i>2n+ (c<i>−a)</i>2n<i>.</i>


<i>Chứng minh.</i> Ta chứng minh 2 kết quả phụ trợ sau:


1) Cho<i>x</i>><i>y</i>>0và<i>n∈</i>N. Khi đó ta có <i>xn<sub>−</sub><sub>y</sub>n</i><sub>></sub><sub>(x</sub><i><sub>−</sub><sub>y)</sub>n</i><sub>.</sub>
Thật vậy, ta có


<i>xn</i><sub>= [(x</sub><i><sub>−</sub><sub>y) +</sub><sub>y]</sub>n</i> <sub>= (x</sub><i><sub>−</sub><sub>y)</sub>n</i><sub>+</sub>
<i>n−1</i>


X


<i>k=1</i>


<i>Ck</i>


<i>n</i>(x<i>−y)kyn−k</i>+<i>yn</i> >(x<i>−y)n</i>+<i>yn.</i>


suy ra điều cần chứng minh.


2) Cho các số dương<i>x, y, x</i>và<i>n</i> <i>∈</i>N. Khi đó ta có


<i>xn</i><sub>+</sub><i><sub>y</sub>n</i><sub>+</sub><i><sub>z</sub>n</i><sub>></sub><sub>3</sub>³<i>x</i>+<i>y</i>+<i>z</i>


3


´<i><sub>n</sub></i>



<i>.</i>


Thật vậy, ta thấy<i>g(x) =xn</i><sub>là hàm lồi trên</sub><sub>(0,</sub><i><sub>∞</sub></i><sub>)</sub><sub>, theo bất đẳng thức Jensen ta được</sub>


<i>xn</i><sub>+</sub><i><sub>y</sub>n</i><sub>+</sub><i><sub>z</sub>n</i>


3 >


³<i><sub>x</sub></i><sub>+</sub><i><sub>y</sub></i><sub>+</sub><i><sub>z</sub></i>


3


´<i><sub>n</sub></i>


<i>,</i>


nên ta có điều cần chứng minh.


Trở lại bài tốn, bất đẳng thức cần chứng minh có thể viết thành


[a2n<i><sub>−</sub></i><sub>(b</sub><i><sub>−</sub><sub>c)</sub></i>2n<sub>] + [b</sub>2n<i><sub>−</sub></i><sub>(c</sub><i><sub>−</sub><sub>a)</sub></i>2n<sub>] + [c</sub>2n<i><sub>−</sub></i><sub>(a</sub><i><sub>−</sub><sub>b)</sub></i>2n<sub>]</sub><sub>></sub><sub>3</sub>³<i><sub>√</sub></i>4S


3


´<i><sub>n</sub></i>


<i>.</i>


Do kết quả 1) ta có



<i>a</i>2n<i>−</i>(b<i>−c)</i>2n>[a2<i>−</i>(b<i>−c)</i>2]<i>n,</i>
<i>b</i>2n<i><sub>−</sub></i><sub>(c</sub><i><sub>−</sub><sub>a)</sub></i>2n<sub>></sub><sub>[b</sub>2<i><sub>−</sub></i><sub>(c</sub><i><sub>−</sub><sub>a)</sub></i>2<sub>]</sub><i>n<sub>,</sub></i>


<i>c</i>2n<i><sub>−</sub></i><sub>(a</sub><i><sub>−</sub><sub>b)</sub></i>2n<sub>></sub><sub>[c</sub>2<i><sub>−</sub></i><sub>(a</sub><i><sub>−</sub><sub>b)</sub></i>2<sub>]</sub><i>n<sub>,</sub></i>


vì thế để chứng minh bất đẳng thức trên ta sẽ chứng minh


[a2<i>−</i>(b<i>−c)</i>2]<i>n</i>+ [b2<i>−</i>(c<i>−a)</i>2]<i>n</i>+ [c2<i>−</i>(a<i>−b)</i>2]<i>n</i>>3


³<sub>4S</sub>


<i>√</i>


3


´<i><sub>n</sub></i>


<i>.</i>


Do kết quả 2) và bất đẳng thức Finsler-Hadwiger(<i>∗∗</i>)ta có


[a2<i><sub>−</sub></i><sub>(b</sub><i><sub>−</sub><sub>c)</sub></i>2<sub>]</sub><i>n</i><sub>+ [b</sub>2<i><sub>−</sub></i><sub>(c</sub><i><sub>−</sub><sub>a)</sub></i>2<sub>]</sub><i>n</i><sub>+ [c</sub>2<i><sub>−</sub></i><sub>(a</sub><i><sub>−</sub><sub>b)</sub></i>2<sub>]</sub><i>n</i>


>3


h<i><sub>a</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2<i><sub>−</sub></i><sub>(a</sub><i><sub>−</sub><sub>b)</sub></i>2<i><sub>−</sub></i><sub>(b</sub><i><sub>−</sub><sub>c)</sub></i>2<i><sub>−</sub></i><sub>(c</sub><i><sub>−</sub><sub>a)</sub></i>2


3



i<i><sub>n</sub></i>


>3


³<sub>4</sub><i>√</i><sub>3S</sub>


3


´<i><sub>n</sub></i>


= 3


³<sub>4S</sub>


<i>√</i>


3


´<i><sub>n</sub></i>


<i>,</i>


</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

<i>Bài tốn 9. Với mọi tam giác ta có bất đẳng thức</i>


<i>ab</i>+<i>bc</i>+<i>ca</i>>4<i>√</i>3S.max


n<i><sub>l</sub></i>


<i>a</i>



<i>ha</i>


<i>,</i> <i>lb</i>
<i>hb</i>


<i>,</i> <i>lc</i>
<i>hc</i>


o


<i>.</i>


<i>Chứng minh.</i> Khơng giảm tính tổng qt, ta giả sử


<i>la</i>


<i>ha</i>


= max


n<i><sub>l</sub></i>


<i>a</i>


<i>ha</i>


<i>,</i> <i>lb</i>
<i>hb</i>


<i>,</i> <i>lc</i>


<i>hc</i>


o


<i>,</i>


nên ta cần chứng minh bất đẳng thức


<i>ab</i>+<i>bc</i>+<i>ca</i>>4<i>√</i>3S.<i>la</i>
<i>ha</i>


= 2<i>√</i>3.a.l<i>a.</i>
Theo công thức đường phân giác <i>la</i>=


2
<i>b</i>+<i>c</i>


p


<i>p(p−a)bc</i>, nên ta sẽ chứng minh


<i>ab</i>+<i>bc</i>+<i>ca</i>> 4a


<i>b</i>+<i>c</i>


p


3p(p<i>−a)bc,</i>


<i>⇔</i> (b+<i>c)(ab</i>+<i>bc</i>+<i>ca)</i>>4ap3p(p<i>−a)bc,</i>



<i>⇔</i> (b+<i>c)</i>2<sub>(ab</sub><sub>+</sub><i><sub>bc</sub></i><sub>+</sub><i><sub>ca)</sub></i>2 <sub>></sub><sub>48a</sub>2<i><sub>p(p</sub><sub>−</sub><sub>a)bc,</sub></i>


<i>⇔</i> (b+<i>c)</i>2(ab+<i>bc</i>+<i>ca)</i>2 >12a2(a+<i>b</i>+<i>c)(b</i>+<i>c−a)bc.</i>


Ta lại có (b+<i>c)</i>2 <sub>= [a</sub><sub>+ (b</sub><sub>+</sub><i><sub>c</sub><sub>−</sub><sub>a)]</sub></i>2 <sub>></sub><sub>4a(b</sub><sub>+</sub><i><sub>c</sub><sub>−</sub><sub>a)</sub></i> <sub>và</sub>


(ab<i>−bc)</i>2+ (bc<i>−ca)</i>2+ (ca<i>−ab)</i>2 >0,


<i>⇔</i> (ab)2 <sub>+ (bc)</sub>2<sub>+ (ca)</sub>2 <sub>></sub><i><sub>ab</sub></i>2<i><sub>c</sub></i><sub>+</sub><i><sub>bc</sub></i>2<i><sub>a</sub></i><sub>+</sub><i><sub>ca</sub></i>2<i><sub>b,</sub></i>
<i>⇔</i> (ab)2<sub>+ (bc)</sub>2<sub>+ (ca)</sub>2<sub>+ 2(ab</sub>2<i><sub>c</sub></i><sub>+</sub><i><sub>bc</sub></i>2<i><sub>a</sub></i><sub>+</sub><i><sub>ca</sub></i>2<i><sub>b)</sub></i><sub>></sub><sub>3(ab</sub>2<i><sub>c</sub></i><sub>+</sub><i><sub>bc</sub></i>2<i><sub>a</sub></i><sub>+</sub><i><sub>ca</sub></i>2<i><sub>b),</sub></i>
<i>⇔</i> (ab+<i>bc</i>+<i>ca)</i>2 >3abc(a+<i>b</i>+<i>c),</i>


nên ta suy ra bất đẳng thức cần chứng minh.


<i>Bài toán 10. Chứng minh rằng với mọi tam giác ta có bất đẳng thức</i>


<i>a</i>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2 <sub>></sub><sub>4S</sub>


r


3 + 4(R<i>−</i>2r)


4R+<i>r</i> + (a<i>−b)</i>


2<sub>+ (b</sub><i><sub>−</sub><sub>c)</sub></i>2<sub>+ (c</sub><i><sub>−</sub><sub>a)</sub></i>2<i><sub>.</sub></i>


<i>Chứng minh.</i> Ta có


<i>S</i>=p<i>p(p−a)(p−b)(p−c),</i> <i>R</i>= <i>abc</i>



4S<i>,</i> <i>r</i>=


<i>S</i>
<i>p.</i>


</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

Bất đẳng thức cần chứng minh được viết lại thành


(xy+<i>z</i>+<i>yz)</i>>p<i>xyz(x</i>+<i>y</i>+<i>z)</i>


s


4(x+<i>y)(x</i>+<i>z)(y</i>+<i>z)−</i>5xyz
(x+<i>y)(x</i>+<i>y)(y</i>+<i>z) +xyz</i>
(xy+<i>xz</i>+<i>yz)</i>><i>√yxz</i>


s


4(x+<i>y</i>+<i>z)(xy</i>+<i>xz</i>+<i>yz)−</i>9xyz
<i>xy</i>+<i>xz</i>+<i>yz</i>


(xy+<i>xz</i>+<i>yz)</i>3+ 9(xyz)2 >4(xy+<i>xz</i>+<i>yz)(x</i>2<i>yz</i>+<i>y</i>2<i>xz</i>+<i>z</i>2<i>xy)</i>


Đặt<i>xy</i>=<i>l, yz</i> =<i>m, xz</i> =<i>n</i>, thì bất đẳng thức trên trở thành


(l+<i>m</i>+<i>n)</i>3<sub>+ 9lmn</sub> <sub>></sub><sub>4(l</sub><sub>+</sub><i><sub>m</sub></i><sub>+</sub><i><sub>n)(lm</sub></i><sub>+</sub><i><sub>ln</sub></i><sub>+</sub><i><sub>mn).</sub></i>


Điều này đúng theo bất đẳng thức Schur.


<i>•</i> Ngược chiều với bất đẳng thức Finsler-Hadwiger, ta có bất đẳng thức sau:


<i>Bài tốn 11. Với mọi tam giác khơng tù ta có</i>


<i>a</i>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2 <sub>6</sub><sub>4</sub><i>√</i><sub>3S</sub><sub>+</sub><sub>2</sub>h<sub>(a</sub><i><sub>−</sub><sub>b)</sub></i>2 <sub>+ (b</sub><i><sub>−</sub><sub>c)</sub></i>2<sub>+ (c</sub><i><sub>−</sub><sub>a)</sub></i>2i<i><sub>.</sub></i>


<i>Chứng minh.</i> Để chứng minh, ta cần đến bổ đề sau:


<i>Bổ đề 1. Chof</i> :<i>I</i> <i>→</i>Rlà hàm lồi. Khi đó với mọi<i>x, y, z</i> <i>∈I</i>ta có


<i>f(x) +f(y) +f(z)</i>


3 +<i>f</i>(


<i>x</i>+<i>y</i>+<i>z</i>
3 )>


2
3


h


<i>f</i>(<i>x</i>+<i>y</i>
2 ) +<i>f(</i>


<i>y</i>+<i>z</i>
2 ) +<i>f(</i>


<i>z</i>+<i>x</i>


2 )



i


Bất đẳng thức cần chứng minh có thể viết thành


<i>a</i>2+<i>b</i>2+<i>c</i>2 64<i>√</i>3S+ 2


h


2(a2+<i>b</i>2+<i>c</i>2)<i>−</i>2(ab+<i>bc</i>+<i>ca)</i>


i


<i>⇔</i> 4(ab+<i>bc</i>+<i>ca)−</i>2(a2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2<sub>)</sub><sub>6</sub><sub>4</sub><i>√</i><sub>3S</sub><sub>+ (a</sub>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2<sub>).</sub>


Mặt khác


<i>a</i>2 <sub>=</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2<i><sub>−</sub></i><sub>2bc</sub><sub>cos</sub><i><sub>A</sub></i><sub>= (b</sub><i><sub>−</sub><sub>c)</sub></i>2<sub>+ 2bc(1</sub><i><sub>−</sub></i><sub>cos</sub><i><sub>A)</sub></i>


= (b<i>−c)</i>2<sub>+ 4S</sub>1<i>−</i>cos<i>A</i>


sin<i>A</i> = (b<i>−c)</i>


2<sub>+ 4S</sub><sub>tan</sub><i>A</i>


2<i>,</i>


nên ta được


<i>a</i>2 <sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2 <sub>= (a</sub><i><sub>−</sub><sub>b)</sub></i>2<sub>+ (b</sub><i><sub>−</sub><sub>c)</sub></i>2<sub>+ (c</sub><i><sub>−</sub><sub>a)</sub></i>2<sub>+ 4S</sub>³<sub>tan</sub><i>A</i>



2 + tan
<i>B</i>


2 + tan
<i>C</i>


2


´


2(ab+<i>bc</i>+<i>ca)−</i>(a2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2<sub>) = 4S</sub>³<sub>tan</sub> <i>A</i>


2 + tan
<i>B</i>


2 + tan
<i>C</i>


2


´


</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

Do đó bất đẳng thức cần chứng minh trở thành


8S


³


tan<i>A</i>
2 + tan



<i>B</i>
2 + tan


<i>C</i>
2


´


64<i>√</i>3S+ (a2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2<sub>)</sub>


<i>⇔</i> 2³tan<i>A</i>
2 + tan


<i>B</i>
2 + tan


<i>C</i>
2


´


6<i>√</i>3 + <i>a</i>2+<i>b</i>2+<i>c</i>2


4S <i>.</i>


Ta có hệ thức cot<i>A</i>+ cot<i>B</i> + cot<i>C</i> = <i>a</i>


2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2 <sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2



4S , nên bất đẳng thức cần chứng minh


trở thành


2


³


tan<i>A</i>
2 + tan


<i>B</i>
2 + tan


<i>C</i>
2


´


6<i>√</i>3 + cot<i>A</i>+ cot<i>B</i>+ cot<i>C.</i>


Xét<i>f(x) = cotx</i>với<i>x∈</i>(0,<i>π</i>


2]là hàm lồi (vì có<i>f00</i>(x) =


2 cos<i>x</i>


sin3<i><sub>x</sub></i> <i>></i>0), nên theo bổ đề trên
ta được



1


3(cot<i>A</i>+ cot<i>B</i>+ cot<i>C) + cot(</i>


<i>A</i>+<i>B</i>+<i>C</i>
3 )>


X


<i>cyclic</i>


cot(<i>A</i>+<i>B</i>


2 )


<i>⇔</i> cot<i>A</i>+ cot<i>B</i> + cot<i>C</i>+<i>√</i>3>2


³


tan<i>A</i>
2 + tan


<i>B</i>
2 + tan


<i>C</i>
2


´



<i>.</i>


<i>Nhận xét. Nếu tam giác tù thì bất đẳng thức trên khơng cịn đúng nữa.</i>
Chẳng hạn xét tam giác với<i>a</i> =<i>b</i> =<i>x, c</i> = 1, trong đó 1


2 <i>< x <</i>
1


<i>√</i>


2 thì theo định lý


hàm số cosin ta có 12 <sub>=</sub><i><sub>x</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>x</sub></i>2<i><sub>−</sub></i><sub>2x</sub>2<sub>cos</sub><i><sub>C</sub></i> <sub>nên suy ra</sub>


1<i>−<</i>cos<i>C</i> = 2x


2<i><sub>−</sub></i><sub>1</sub>


2x2 <i><</i>0, tức<i>C</i>là góc tù.
Trong khi đó bất đẳng thức trên trở thành


2x2+ 16p3(4x2<i><sub>−</sub></i><sub>1) + 4(x</sub><i><sub>−</sub></i><sub>1)</sub>2<i><sub>,</sub></i>
<i>−</i>2x2<sub>+ 8x</sub><i><sub>−</sub></i><sub>3</sub><sub>6</sub>p<sub>3(4x</sub>2<i><sub>−</sub></i><sub>1),</sub>


chọn<i>x</i>= 0.55<i>∈</i>(1


2<i>,√</i>12)thì thấy bất đẳng thức sai!


<i>•</i> Ta chứng minh bất đẳng thức "mạnh" hơn như sau:
<i>Bài tốn 12. Với mọi tam giác khơng tù ta có</i>



<i>a</i>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2 <sub>6</sub><sub>4</sub><i>√</i><sub>3S</sub><sub>+</sub>6<i>−</i>
<i>√</i>


6
2


h


(a<i>−b)</i>2<sub>+ (b</sub><i><sub>−</sub><sub>c)</sub></i>2<sub>+ (c</sub><i><sub>−</sub><sub>a)</sub></i>2i<i><sub>.</sub></i>


<i>Chứng minh.</i> Để chứng minh, ta cần đến bổ đề sau:


<i>Bổ đề 2. Với mọi tam giác khơng là tam giác tù ta có</i> <i>a</i>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2 <sub>></sub><sub>4(R</sub><sub>+</sub><i><sub>r)</sub></i>2<sub>.</sub>
Bất đẳng thức cần chứng minh có thể viết thành


2(a2+<i>b</i>2 +<i>c</i>2)64<i>√</i>3S+ (6<i>−√</i>6)


h


(a<i>−b)</i>2+ (b<i>−c)</i>2+ (c<i>−a)</i>2


i


</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

Do các hệ thức <i>a</i>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2 <sub>= 2p</sub>2<i><sub>−</sub></i><sub>2r</sub>2<i><sub>−</sub></i><sub>8Rr</sub><sub>,</sub><i><sub>ab</sub></i><sub>+</sub><i><sub>bc</sub></i><sub>+</sub><i><sub>ca</sub></i><sub>=</sub><i><sub>p</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>r</sub></i>2<sub>+ 4Rr</sub> <sub>thì bất đẳng</sub>
thức trên trở thành


<i>p</i>2(4<i>−√</i>6) + 4<i>√</i>3S ><i>rR(64−</i>12<i>√</i>6) +<i>r</i>2(16<i>−</i>3<i>√</i>6).


Do bất đẳng thức Gerretsen <i>p</i>2 <sub>></sub><sub>16Rr</sub><i><sub>−</sub></i><sub>5r</sub>2 <sub>ta chứng minh rằng</sub>



(16Rr<i>−</i>5r2)(4<i>−√</i>6) + 4<i>√</i>3S ><i>Rr(64−</i>12<i>√</i>6) +<i>r</i>2(16<i>−</i>3<i>√</i>6)


Bất đẳng thức này được viết thành


4<i>√</i>3S >4<i>√</i>6Rr+ (36<i>−</i>8<i>√</i>6)r2


3p2 <sub>></sub><sub>6R</sub>2<sub>+ 2(9</sub><i>√</i><sub>6</sub><i><sub>−</sub></i><sub>12)Rr</sub><sub>+ (9</sub><i><sub>−</sub></i><sub>2</sub><i>√</i><sub>6)r</sub>2


3p2 <sub>></sub><sub>6R</sub>2<sub>+ 2(9</sub><i>√</i><sub>6</sub><i><sub>−</sub></i><sub>12)Rr</sub><sub>+ (105</sub><i><sub>−</sub></i><sub>35</sub><i>√</i><sub>6)r</sub>2


Do bổ đề 2 ta cần chứng minh bất đẳng thức


8R+ 3r >2(3<i>√</i>6<i>−</i>4)R+ (35<i>−</i>12<i>√</i>6)r


<i>⇔</i> (16<i>−</i>6<i>√</i>6)(R<i>−</i>2r)>0.


Bất đẳng thức sau cùng là đúng do bất đẳng thức Euler <i>R</i> >2r.
<i>Bài toán 13. Với mọi tam giác ta có</i>


6(ab+<i>bc</i>+<i>ca)−</i>5(a2+<i>b</i>2 +<i>c</i>2)64<i>√</i>3S 62(ab+<i>bc</i>+<i>ca)−</i>(a2+<i>b</i>2+<i>c</i>2).


<i>Chứng minh.</i> Để chứng minh, ta cần đến bất đẳng thức Schur:
<i>Với mọi số dươngx, y, z ></i> 0<i>và số thựct</i> <i>∈</i>R<i>ta có bất đẳng thức</i>


<i>xt</i>(x<i>−y)(x−z) +yt</i>(y<i>−z)(y−x) +zt</i>(z<i>−x)(z−y)</i>>0.


Với<i>t</i>= 2và<i>x</i>=<i>a, y</i>=<i>b, z</i> =<i>c</i>ta được


X



<i>cyclic</i>


<i>a</i>4<sub>+</sub><i><sub>abc</sub></i> X
<i>cyclic</i>


<i>a</i>> X
<i>cyclic</i>


<i>ab(a</i>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>),</sub>


hay


4(X


<i>cyclic</i>


<i>ab)</i>2 <sub>+ (</sub>X
<i>cyclic</i>


<i>a</i>2<sub>)</sub>2<i><sub>−</sub></i><sub>4(</sub>X
<i>cyclic</i>


<i>ab)(</i>X


<i>cyclic</i>


<i>a</i>2<sub>)</sub><sub>></sub><sub>(</sub>X
<i>cyclic</i>



<i>a)</i> Y


<i>cyclic</i>


(b+<i>c−a),</i>


điều này tương đương với 4<i>√</i>3S 62 P


<i>cyclic</i>


<i>ab−</i> P


<i>cyclic</i>


</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

Lại áp dụng bất đẳng thức Schur ta có


(2X


<i>cyclic</i>


<i>xy−</i> X


<i>cyclic</i>


<i>x</i>2<sub>)(</sub>X
<i>cyclic</i>


<i>x)</i>69xyz,


nhưng 27xyz 6( P



<i>cyclic</i>


<i>x)</i>3<sub>, nên ta được</sub>


2 X


<i>cyclic</i>


<i>xy−</i> X


<i>cyclic</i>


<i>x</i>2 <sub>6</sub>h<sub>3xyz(</sub>X
<i>cyclic</i>


<i>x)</i>


i1
2


<i>.</i>


Đến đây thay <i>x</i>+<i>y</i>=<i>a, y</i>+<i>z</i> =<i>b, z</i> +<i>x</i>=<i>c</i>


ta được 6 P


<i>cyclic</i>


<i>ab−</i>5 P



<i>cyclic</i>


<i>a</i>2 <sub>6</sub><sub>4</sub><i>√</i><sub>3S</sub><sub>.</sub>


<i>Bài toán 14. Với mọi tam giác ta có</i>


4r2<sub>+ 16Rr</sub><i><sub>−</sub><sub>p</sub></i>2 <sub>6</sub><i>√</i><sub>3S</sub> <sub>6</sub><i><sub>r(4R</sub></i><sub>+</sub><i><sub>r).</sub></i>
<i>Chứng minh.</i> Ta áp dụng bài tập 13 với


X


<i>cyclic</i>


<i>ab</i>=<i>p</i>2<sub>+</sub><i><sub>r</sub></i>2<sub>+ 4Rr,</sub> X
<i>cyclic</i>


<i>a</i>2 <sub>= 2(p</sub>2<i><sub>−</sub><sub>r</sub></i>2<i><sub>−</sub></i><sub>4Rr), S</sub> <sub>=</sub><i><sub>pr.</sub></i>


<i>Bài tốn mở: Tìm các sốα, β</i>"tối ưu" để bất đẳng thức sau đúng với mọi tam giác


4<i>√</i>3S+<i>αQ</i>6<i>a</i>2+<i>b</i>2+<i>c</i>2 64<i>√</i>3S+<i>βQ,</i>


trong đó <i>Q</i>= (a<i>−b)</i>2<sub>+ (b</sub><i><sub>−</sub><sub>c)</sub></i>2<sub>+ (c</sub><i><sub>−</sub><sub>a)</sub></i>2<sub>.</sub>


Trước hết ta khẳng định rằng nếu bài tốn mở có nghiệm<i>α, β</i> thì phải có<i>α</i> 6 1và


<i>β</i> > 3. Thật vậy, chỉ cần chọn tam giác có<i>a</i> = <i>b</i> = 1 và<i>c</i>= <i>x</i> <i>∈</i> (0,2)ta sẽ suy ra điều
cần chứng minh.



Trong[4]Roberto Bosch đã chứng minh rằng với tam giác khơng tù thì số


<i>β</i> = 2<i>−</i>


<i>√</i>
3


3<i>−</i>2<i>√</i>2 làm thỏa mãn bất đẳng thức ở vế phải.
Lúc đó bất đẳng thức ở vế phải là


<i>a</i>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2 <sub>6</sub><sub>4</sub><i>√</i><sub>3S</sub><sub>+</sub> 2<i>−</i>
<i>√</i>


3
3<i>−</i>2<i>√</i>2<i>Q.</i>


Dấu(=)xảy ra khi tam giác vuông cân.


<i>Lưu ý. Các hệ sốβ</i>ở các bài tốn 11, 12 và bài tốn mở có quan hệ sau


2<i>−√</i>3
3<i>−</i>2<i>√</i>2 <i><</i>


6<i>−√</i>6
2 <i><</i>2.


</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>

<i>•</i><b>Bài tập đề nghị</b>:


<i>Bài tập 1.</i>Chứng minh rằng với mọi tam giác ta có bất đẳng thức



<i>a</i>2+<i>b</i>2+<i>c</i>2 >2<i>√</i>3S+ 2r(4R+<i>r) + (a−b)</i>2 + (b<i>−c)</i>2+ (c<i>−a)</i>2<i>.</i>


<i>Bài tập 2.</i>Chứng minh rằng với mọi tam giác ta có bất đẳng thức


<i>p−a</i>
<i>b</i>+<i>ca</i>


2<sub>+</sub><i>p−b</i>


<i>c</i>+<i>ab</i>


2<sub>+</sub><i>p−c</i>


<i>a</i>+<i>bc</i>


2 <sub>></sub><i>√</i><sub>3S.</sub>


<i>Bài tập 3.</i>Chứng minh rằng với mọi tam giác<i>ABC</i> ta có bất đẳng thức


<i>a</i>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2 <sub>></sub><sub>4</sub><i>√</i><sub>3S</sub><sub>+</sub> X
<i>cyclic</i>


(a<i>−b)</i>2<sub>+ 16Rr</sub>³ X
<i>cyclic</i>


cos2 <i>A</i>


2 <i>−</i>


X



<i>cyclic</i>


cos<i>A</i>
2 cos


<i>B</i>
2


´


<i>.</i>


<i>Bài tập 4.</i>Chứng minh rằng với mọi tam giác<i>ABC</i> ta có bất đẳng thức


<i>a</i>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2 <sub>></sub><sub>4</sub><i>√</i><sub>3S</sub><sub>+</sub> X
<i>cyclic</i>


(a<i>−b)</i>2


+ 16Rr³ X


<i>cyclic</i>


cos2<i>A</i>


2 <i>−</i>


X



<i>cyclic</i>


cos<i>A</i>
2 cos


<i>B</i>
2


´


+ 16r2h X


<i>cyclic</i>


sin


³<i><sub>π</sub><sub>−</sub><sub>A</sub></i>


4


´


<i>−</i> X
<i>cyclic</i>


sin<i>A</i>
2


i



<i>.</i>


<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO</b>


[1]. <i>Arthur Engel.</i><b>Problem solving strategies</b>. Springer Verlag, 1998.


[2]. <i>Cezar Lupu, Constantin Mateescu, Vlad Matei, Mihai Opincariu.</i> <b>Refinements of</b>
<b>the Finsler-Hadwinger reverse inequality</b>. Mathematics Subject Classification, 2000.


[3]. <i>Dumitru M. Batinetu-Giurgiu, Neculai Stanciu.</i><b>Some Generalizations of </b>
<b>Ionescu-Weitzenb ¨ock’s Inequality</b>. Journal of Science and Arts, No. 1(22), 2013.


[4]. <i>Roberto Bosch</i> <b>A new proof of Finsler-Hadwiger revese inequality in </b>
<b>non-obtuse triangle</b>. Journal Gazeta Matematica. Romania. Nr. 3-4/2014.


</div>

<!--links-->

×