Các chuyên đề trên báo toán học tuổi trẻ Trung tâm luyện thi EDUFLY –Hotline: 0987708400 Page 1 CHUYÊN ĐỀ: PHƯƠNG PHÁP DỒN BIẾN ĐỂ CHỨNG MINH BẤT ĐẲNG THỨC THUẦN NHẤT A. ĐẶT VẤN ĐỀ Hàm số F(a; b; c) với các biến a; b; c được gọi là hàm thuần nhất bậc nếu với mọi số thực t, ta có: F(ta; tb; tc) = t .F(a; b; c) Bất đẳng thức có dạng F(a; b; c) 0 với F là một hàm thuần nhất bấc được gọi là bất đẳng thức thuần nhất bậc . Phương pháp dồn biến là phương pháp làm giảm biến số của hàm số, đưa hàm số về dạng đơn giản hơn ,ta sẽ sử dụng phương pháp này để chứng minh bất đẳng thức thuần nhất. Thay vì phải chứng minh trực tiếp bất đẳng thức F(a; b; c) 0 ta sẽ chứng minh các bất đẳng thức trung gian với số biến ít hơn. Sau đây là một số ví dụ minh họa: B. CÁC VÍ DỤ Ví dụ 1: Cho a; b; c 1 ;3 3 chứng minh: 7 5 a b c a b b c c a Lời giải: Đặt F(a; b; c) = a b c a b b c c a Với vai trò như nhau không làm mất tính tổng quát, giả sử a = max ; ; a b c , ta có: 2 ( ; ; ) a b ab a b F a b ab a b a b b ab ab a a b suy ra F(a; b; c) – ( ; ; ) F a b ab = b c b c c a - 2 b a b = 2 ( )( ) 0 ( ; ; ) ( ; ; ) ( )( )( ) a b ab c F a b c F a b ab b c c a a b (1) Đặt 3 a x b ( vì a; b; c 1 ;3 3 ) Ta có ( ; ; ) F a b ab - 7 5 = a a b - 2 b a b - 7 5 = 2 2 3 2 2 2 7 3 7 8 2 1 1 5 5( 1)( 1) x x x x x x x x = 2 2 2 (3 ) (1 ) 5( 1)( 1) x x x x x (2) Các chuyên đề trên báo toán học tuổi trẻ Trung tâm luyện thi EDUFLY –Hotline: 0987708400 Page 2 Đẳng thức xảy ra 1 ( ; ; ) 3; ;1 3 a b c và các hoán vị của nó. Từ (1) và (2) suy ra đpcm. Ví dụ 2: Cho a; b; c là các số không âm và không có hai số nào cùng bằng không. Chứng minh: 2 2 2 2 2 2 3 ab bc ca ab bc ca ab bc ca b bc c c ca a a ab b Lời giải: Đặt F(a; b; c)= 2 2 2 2 2 2 ab bc ca ab bc ca ab bc ca b bc c c ca a a ab b Với vai trò như nhau không làm mất tính tổng quát , giả sử a b c , ta có : F(a;b;c) – F(0; b; c) = 2 2 2 2 2 2 2 2 ( ) ( 2 ) ( 2 ) a b c a c bc ab a b bc ac b bc c c ac a a ab b 2 2 2 2 2 2 ( ) ( ) ( ) a b c a bc ab a bc ac b bc c c ac a a ab b 0 Suy ra F(a; b; c) F(0; b; c) (1) Ta lại có F(0; b; c) – 3 = 4 2 2 2 2 ( ) 3 0 ( ) bc b c b c b bc c c b bc b bc c (2) Đẳng thức xảy ra (a; b; c)= (0; 1; 1) và các hoán vị của nó. Từ (1) và (2) suy ra đpcm Ví dụ 3: Cho a; b; c; là các số thực dương thỏa mãn abc = 1 Chứng minh: (a+b)(b+c)(c+a) + 7 5(a+ b+ c) Lời giải: Không làm mất tính tổng quát, giả sử a= max ; ; a b c và đặt x = b+ c. Ta có: a 1; x 2 2 bc a > 0 (1) Xét F(a; b; c) = (a+b)(b+c)(c+a) + 7- 5(a+ b+ c) = x(ax + 2 a +bc)+ 7 – 5a – 5x = a 2 x +( 2 a +bc-5)x+7 – 5a (2) = a 2 2 2 2 5 5 7 5 2 2 a bc a bc x a a a (3) Từ (1)suy ra : Các chuyên đề trên báo toán học tuổi trẻ Trung tâm luyện thi EDUFLY –Hotline: 0987708400 Page 3 2 5 2 a bc x a 2 a + 2 5 2 a bc a 2 2 1 5 2 1 1 1 2 2 a a a a a a a > 0 (4) Từ (1); (2); (3); (4) suy ra : F(a; b; c;)= a 2 x +( 2 a +bc-5)x+7 – 5a a 2 2 a + ( 2 a +bc-5) 2 a +7-5a = 2 a ( 2 a + 1 a -5)+ 11 -5a Đặt t = a 1, ta có : F(a; b; c) 2 a ( 2 a + 1 a -5)+ 11 -5a = 6 5 3 2 2 4 3 2 3 3 2 5 11 10 2 ( 1) (2 4 4 2) t t t t t t t t t t t 2 4 3 2 4 3 2 ( 1) (2 4 3 ) ( 1) (2 3) 0 t t t t t t t t t t (đpcm) Đẳng thức xảy ra a= b= c= 1 Bài tập vận dụng Bài 1: Cho a; b; c; là độ dài ba cạnh của tam giác, chứng minh: 5 2 4 2 a b c b c c a a b Bài 2: Cho a; b; c là các số thực dương thỏa mãn: 2 2 2 3 a b c Chứng mỉnh rằng: 3 5( ) 18 a b c abc Bài 3: Cho a; b; c là các số thực không âm , chứng minh : 5 4 4 4 1 ( ) ( ) ( ) ( ) 12 a b c a b c b c a c a b Bài 4: cho a; b; c 1 ;2 2 chứng minh rằng: 8 5 9 a b c b c a b c a a b c Bài 5: cho a; b; c 2 3 thỏa mãn điều kiện a+ b + c = 3 chứng minh rằng: 2 2 2 2 2 2 a b b c c a ab bc ca Bài 6: cho a; b; c; d là các số thực dương thỏa mãn a+ b+ c+ d = 4. Chứng minh: 2 2 2 2 3( ) 4 16 a b c d abcd . sử dụng phương pháp này để chứng minh bất đẳng thức thuần nhất. Thay vì phải chứng minh trực tiếp bất đẳng thức F(a; b; c) 0 ta sẽ chứng minh các bất đẳng thức trung gian với số biến ít. t .F(a; b; c) Bất đẳng thức có dạng F(a; b; c) 0 với F là một hàm thuần nhất bấc được gọi là bất đẳng thức thuần nhất bậc . Phương pháp dồn biến là phương pháp làm giảm biến số của. 0987708400 Page 1 CHUYÊN ĐỀ: PHƯƠNG PHÁP DỒN BIẾN ĐỂ CHỨNG MINH BẤT ĐẲNG THỨC THUẦN NHẤT A. ĐẶT VẤN ĐỀ Hàm số F(a; b; c) với các biến a; b; c được gọi là hàm thuần nhất bậc nếu với mọi số