Tải bản đầy đủ (.pdf) (13 trang)

BÀI TOÁN TIẾP TUYẾN FECMA-ƯỚC LƯỢNG

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (201.92 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
1
1
1

+
+
+
+
+
ab
c
ca
b
bc
a

Hướng dẫn :
Ước lượng
c
b
a
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
c
b
b
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
c
b
a
a
cba
+++

+
+

++


Chương trình quảng bá hocmai.vn


×