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>
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>
<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>
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.
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>
<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>
<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
<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>
<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>
<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>
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>
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>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
´
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
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>
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.
<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.