– Sử dụng một BĐT đã biết, biến đổi để dẫn đến BĐT cần chứng minh. Khi đó ta có thể tìm GTLN, GTNN của biểu thức.. Bài 1. Chứng minh các bất đẳng thức sau:.. Cùng với 2 BĐT tương tự, cộn[r]
(1)1 Tính chất
2 Một số bất đẳng thức thông dụng
a) a20,a
a2b22ab. b) Bất đẳng thức Cô–si:
+ Với a, b 0, ta có:
a b ab
2
Dấu "=" xảy a = b
+ Với a, b, c 0, ta có:
a b c 3abc
Dấu "=" xảy a = b = c Hệ quả: – Nếu x, y > có S = x + y khơng đổi P = xy lớn x = y.
– Nếu x, y > có P = x y khơng đổi S = x + y nhỏ x = y.
c) Bất đẳng thức giá trị tuyệt đối
d) Bất đẳng thức cạnh tam giác
Với a, b, c độ dài cạnh tam giác, ta có:
+ a, b, c > + a b c a b ; b c a b c ; c a b c a .
e) Bất đẳng thức Bu–nhia–cốp–xki
CHƯƠNG IV
BẤT ĐẲNG THỨC VÀ BẤT PHƯƠNG TRÌNH I BẤT ĐẲNG THỨC
Điều kiện Nội dung
a < b a + c < b + c (1) c > 0 a < b ac < bc (2a) c < 0 a < b ac > bc (2b) a < b c < d a + c < b + d (3) a > 0, c > 0 a < b c < d ac < bd (4) n nguyên dương a < b a2n+1 < b2n+1 (5a)
0 < a < b a2n < b2n (5b)
a > 0 a < b a b (6a)
a < b 3a 3b (6b)
Điều kiện Nội dung
x 0, x x x , x a > 0
x a a x a
x a
x a x a
(2)Với a, b, x, y R, ta có: (ax by )2(a2b x2)( 2y2) Dấu "=" xảy ay = bx
VẤN ĐỀ 1: Chứng minh BĐT dựa vào định nghia tính chất bản Để chứng minh BĐT ta sử dụng cách sau:
– Biến đổi BĐT cần chứng minh tương đương với BĐT biết. – Sử dụng BĐT biết, biến đổi để dẫn đến BĐT cần chứng minh. Một số BĐT thường dùng:
+ A2 0 + A2B2 0
+ A B 0 với A, B 0.
+ A2B2 2AB
Chú ý:
– Trong trình biến đổi, ta thường ý đến đẳng thức.
– Khi chứng minh BĐT ta thường tìm điều kiện để dấu đẳng thức xảy Khi ta có thể tìm GTLN, GTNN biểu thức.
Bài 1. Cho a, b, c, d, e R Chứng minh bất đẳng thức sau:
a) a2b2c2 ab bc ca b) a2b2 1 ab a b
c) a2b2c2 3 2(a b c ) d) a2b2c2 2(ab bc ca ) e) a4b4c2 1 (a ab2 a c 1) f)
a2 b2 c2 ab ac 2bc
4
g) a2(1b2)b2(1c2)c2(1a2) 6 abc h) a2b2c2d2e2a b c d e( )
i) a b c ab bc ca
1 1 1
với a, b, c > k) a b c ab bc ca với a, b, c
HD: a) (a b )2(b c )2(c a )20 b) (a b )2(a1)2(b1)20 c) (a1)2(b1)2( 1)c 20 d) (a b c )2 0
e) (a2 b2 2) (a c )2(a1)2 0 f)
a (b c) 0
g) (a bc )2(b ca )2(c ab )2 0 h)
a b a c a d a e 0
2 2
i) a b b c c a
2 2
1 1 1 0
k) a b b c c a
2 2
0
(3)a)
a3 b3 a b
2
; với a, b 0 b) a4b4 a b ab3
c) a4 3 4a d) a3b3c3 3abc, với a, b, c > 0.
e)
a b
a b
b a
6 4
2
; với a, b f) a2 b2 ab
1
1
1 1 ; với ab 1.
g) a
a 2
3 2
2
h) (a5b a b5)( ) ( a4b a4)( 2b2); với ab > 0.
HD: a) a b a b ( )( )
8 b) (a3 b a b3)( ) 0
c) (a 1) (2 a22a3) 0
d) Sử dụng đẳng thức a3b3 (a b )3 3a b2 3ab2. BĐT (a b c a ) 2b2c2 (ab bc ca ) 0. e) (a2 b2 2) (a4a b2 2b4) 0 f)
b a ab
ab a b
2
2
( ) ( 1) 0
(1 )(1 )(1 )
g) (a21)20 h) ab a b a( )( 3 b3) 0 .
Bài 3. Cho a, b, c, d R Chứng minh a2b22ab (1) Áp dụng chứng minh bất
đảng thức sau:
a) a4b4c4d4 4abcd b) (a21)(b21)(c21) 8 abc
c) (a24)(b24)(c24)(d24) 256 abcd
HD: a) a4b4 2a b c2 2; 2d22c d2 2; a b2 2c d2 22abcd
b) a2 1 ;a b2 1 ;b c2 1 2c
c) a2 4 ;a b2 4 ;b c2 4 ;c d2 4 4d Bài 4. Cho a, b, c, d > Chứng minh
a
b 1
a a c b b c
(1) Áp dụng chứng
minh bất đảng thức sau:
a)
a b c
a b b c c a 2 b)
a b c d
a b c b c d c d a d a b
1 2
c)
a b b c c d d a
a b c b c d c d a d a b
2 3
HD: BĐT (1) (a – b)c < 0.
a) Sử dụng (1), ta được:
a a c
a b a b c
,
b b a
b c a b c
,
c c b
c a a b c
.
Cộng BĐT vế theo vế, ta đpcm.
b) Sử dụng tính chất phân số, ta có:
a a a
a b c d a b c a c
Tương tự,
b b b
(4)c c c a b c d c d a a c
d d d
a b c d d a b d b
Cộng BĐT vế theo vế ta đpcm.
c) Chứng minh tương tự câu b) Ta có:
a b a b a b d
a b c d a b c a b c d
Cùng với BĐT tương tự, ta suy đpcm
Bài 5. Cho a, b, c R Chứng minh bất đẳng thức: a2b2c2ab bc ca (1) Áp dụng
chứng minh bất đảng thức sau:
a) (a b c )2 3(a2b2c2) b)
a2 b2 c2 a b c
3
c) (a b c )2 3(ab bc ca ) d) a4b4c4 abc a b c( ) e)
a b c ab bc ca
3
với a,b,c>0 f) a4b4c4 abc a b c 1 HD: (a b )2(b c )2(c a )20.
a) Khai triển, rút gọn, đưa (1) b, c) Vận dụng a)
d) Sử dụng (1) hai lần e) Bình phương vế, sử dụng (1) f) Sử dụng d)
Bài 6. Cho a, b Chứng minh bất đẳng thức: a3b3 a b b a ab a b2 ( ) (1) Áp dụng chứng minh bất đảng thức sau:
a) a3 b3 abc b3 c3 abc c3 a3 abc abc
1 1
; với a, b, c > 0.
b) a3 b3 b3 c3 c3 a3
1 1 1
1 1 1
; với a, b, c > abc = 1.
c) a b b c c a
1 1 1
1 1 1
; với a, b, c > abc = 1.
d) 34(a3b3)34(b3c3)34(c3a3) 2( a b c ); với a, b, c e*)
A B C
A B C
3sin 3sin 3sin 3cos 3cos 3cos
2 2
; với ABC tam giác HD: (1) (a2 b a b2)( ) 0 .
a) Từ (1) a3b3abc ab a b c ( ) a3 b3 abc ab a b c
1
( )
.
Cùng với BĐT tương tự, cộng vế theo vế, ta suy đpcm. b, c) Sử dụng a).
d) Từ (1) 3(a3b3) 3( a b ab2 2) 4(a3b3) ( a b )3 (2) Từ đó: VT (a b ) ( b c ) ( c a ) 2( a b c ). e) Ta có:
C A B C
A B
sin sin cos cos 2cos
2 2
(5)
C C
A B A B
3sin 3sin 34(sin sin ) 34.2.cos 2 cos3
2
Tương tự,
A
B C
3sin 3sin 2 cos3
,
B
C A
3sin sin 2 cos3
Cộng BĐT vế theo vế ta đpcm.
Bài 7. Cho a, b, x, y R Chứng minh bất đẳng thức sau (BĐT Min–cốp–xki): a2x2 b2y2 (a b )2(x y )2 (1)
Áp dụng chứng minh bất đảng thức sau:
a) Cho a, b thoả a b 1 Chứng minh: 1a2 1b2 5.
b) Tìm GTNN biểu thức P =
a b
b a
2
2
1
c) Cho x, y, z > thoả mãn x y z 1 Chứng minh:
x y z
x y z
2 2
2 2
1 1 82
d) Cho x, y, z > thoả mãn x y z Tìm GTNN biểu thức: P = 223x2 223y2 223z2
HD: Bình phương vế ta được: (1) (a2b x2)( 2y2)ab xy (*) Nếu ab xy 0 (*) hiển nhiên đúng.
Nếu ab xy 0 bình phương vế ta được: (*) (bx ay )20 (đúng). a) Sử dụng (1) Ta có: 1a2 1b2 (1 1) 2(a b )2 5.
b) Sử dụng (1) P
a b a b
a b a b
2
2 1
( ) ( ) 17
Chú ý: a b a b
1
(với a, b > 0).
c) Áp dụng (1) liên tiếp hai lần ta được:
x y z x y z
x y z
x y z
2
2 2
2 2
1 1 ( ) 1 1
x y z
x y z
2
( ) 82
.
Chú ý: x y z x y z
1 1
(với x, y, z > 0).
d) Tương tự câu c) Ta có: P x y z
2 2
3 223 ( ) 2010. Bài 8. Cho a, b, c độ dài cạnh tam giác Chứng minh:
(6)c) 2a b2 22b c2 22c a2 2 a4 b4 c4 0
d) a b c( )2b c a( )2c a b( )2a3b3c3
HD: a) Sử dụng BĐT tam giác, ta có: a b c a2 b2 2bc c 2. Cùng với BĐT tương tự, cộng vế theo vế, ta suy đpcm.
b) Ta có: a2 a2 (b c )2 a2 (a b c a b c )( ). Cùng với BĐT tương tự, cộng vế theo vế, ta suy đpcm. c) (a b c a b c b c a c a b )( )( )( ) 0 .
d) (a b c b c a c a b )( )( ) 0 . Bài 9.
a)
VẤN ĐỀ 2: Chứng minh BĐT dựa vào BĐT Cô–si 1 Bất đẳng thức Cô–si:
+ Với a, b 0, ta có:
a b ab
2
. Dấu "=" xảy a = b.
+ Với a, b, c 0, ta có:
a b c 3abc
Dấu "=" xảy a = b = c.
2 Hệ quả: +
a b ab
+
a b c abc
3 Ứng dụng tìm GTLN, GTNN:
+ Nếu x, y > có S = x + y khơng đổi P = xy lớn x = y.
+ Nếu x, y > có P = x y khơng đổi S = x + y nhỏ x = y.
Bài 1. Cho a, b, c Chứng minh bất đẳng thức sau:
a) (a b b c c a )( )( ) 8 abc b) (a b c a )( 2b2c2) 9 abc c) a b c abc
3
(1 )(1 )(1 ) 1 d) bc ca ab a b ca b c ; với a, b, c > 0.
e) a2(1b2)b2(1c2)c2(1a2) 6 abc f)
ab bc ca a b c
a b b c c a
(7)g)
a b c
b c c a a b
; với a, b, c > 0.
HD: a) a b 2 ab b c; 2 bc c a; 2 ca đpcm. b) a b c 33abc a; 2b2c2 33a b c2 2 đpcm. c) (1a)(1b)(1 ) 1c a b c ab bc ca abc
a b c 33abc ab bc ca 33 2 2a b c
a b c abc a b c abc abc
3 2
3
(1 )(1 )(1 ) 3 3 1 d)
bc ca abc c
a b ab
2
2
,
ca ab a bc a
b c bc
2
2
,
ab bc ab c b
c a ac
2
2
đpcm e) VT 2(a b b c c a2 ) 63 3 3a b c 6abc.
f) Vì a b 2 ab nên
ab ab ab
a b 2 ab Tương tự:
bc bc ca ca
b c ; c a .
ab bc ca ab bc ca a b c
a b b c c a 2
(vì ab bc ca a b c ) g) VT =
a b c
b c c a a b
= a b b c c a b c c a a b
1 ( ) ( ) ( ) 1 3
2
9 3 2 2. Cách khác: Đặt x =b + c, y = c + a, z = a + b.
Khi đó, VT =
x y z x z y
y x x z y z
1 3
2
1(2 2 3) 2. Bài 2. Cho a, b, c > Chứng minh bất đẳng thức sau:
a) a b c a b c a b c
3 3 1
( ) ( )
b) 3(a3b3c3) ( a b c a )( 2b2c2) c) 9(a3b3c3) ( a b c )3 HD: a) VT =
a b b c c a
a b c
b a c b a c
3 3 3
2 2 2
.
Chú ý:
a b a b ab
b a
3
2
2
Cùng với BĐT tương tự ta suy đpcm. b) 2(a3b3c3)a b b a2 b c bc2 2 c a ca2 2.
Chú ý: a3b3ab a b( ) Cùng với BĐT tương tự ta suy đpcm. c) Áp dụng b) ta có: 9(a3b3c3) 3( a b c a )( 2b2c2). Dễ chứng minh được: 3(a2b2c2) ( a b c )2 đpcm. Bài 3. Cho a, b > Chứng minh a b a b
1
(8)a) a b c a b b c c a
1 1 2 1
; với a, b, c > 0.
b) a b b c c a a b c a b c a b c
1 1 2 1
2 2
; với a, b, c > 0.
c) Cho a, b, c > thoả a b c1 1 4 Chứng minh: a b c a b c a b c
1 1 1
2 2 2 d)
ab bc ca a b c
a b b c c a
; với a, b, c > 0.
e) Cho x, y, z > thoả x2y4z12 Chứng minh:
xy yz xz
x y y z z x
2 6
2 2 4
.
f) Cho a, b, c độ dài ba cạnh tam giác, p nửa chu vi Chứng minh rằng:
p a p b p c a b c
1 1 21 1
.
HD: (1) a b a b 1 ( ) 4
Hiển nhiển suy từ BĐT Cô–si.
a) Áp dụng (1) ba lần ta được: a b a b b c b c c a c a 1 ; 1 ; 1
.
Cộng BĐT vế theo vế ta đpcm. b) Tương tự câu a).
c) Áp dụng a) b) ta được: a b c a b c a b c a b c
1 1 4 1
2 2
.
d) Theo (1): a b a b
1 1
4
ab a b
a b 1 (4 ).
Cùng với BĐT tương tự, cộng vế theo vế ta đpcm
e) Áp dụng câu d) với a = x, b = 2y, c = 4z a b c 12 đpcm.
f) Nhận xét: (p –a) + (p – b) = 2p – (a + b) = c.
Áp dụng (1) ta được: p a p b p a p b c
1 4
( ) ( )
.
Cùng với BĐT tương tự, cộng vế theo vế, ta đpcm.
Bài 4. Cho a, b, c > Chứng minh a b c a b c
1 1
(1) Áp dụng chứng minh các
BĐT sau:
a) a b c a b b c c a a b c
2 2 1
( ) ( )
2
.
b) Cho x, y, z > thoả x y z 1 Tìm GTLN biểu thức: P =
x y z
x1y1z1. c) Cho a, b, c > thoả a b c 1 Tìm GTNN biểu thức:
P = a2 bc b2 ac c2 ab
1 1
2
.
d) Cho a, b, c > thoả a b c 1 Chứng minh: a2 b2 c2 ab bc ca
1 1 1 30
(9)e*) Cho tam giác ABC Chứng minh: A B C
1 1
2 cos2 2 cos2 2 cos2 5. HD: Ta có: (1) a b c a b c
1 1 ( ) 9
Dễ dàng suy từ BĐT Cô–si.
a) Áp dụng (1) ta được: a b b c c a a b c
1 1
2( )
.
VT
a b c a b c a b c
a b c a b c
2 2 2
9( ) 3(. ) 3( )
2( ) 2
Chú ý: (a b c )23(a2b2c2). b) Để áp dụng (1), ta biến đổi P sau:
P =
x y z
x y z
1 1 1
1 1
= x y z
1 1
3
1 1
Ta có: x y z x y z
1 1 9
1 1 1 4
Suy ra: P
9 3
4
. Chú ý: Bài tốn tổng qt sau:
Cho x, y, z > thoả x y z 1 k số dương cho trước Tìm GTLN của biểu thức: P =
x y z
kx1ky1kz1.
c) Ta có: P a2 bc b2 ca c2 ab a b c
9 9
2 2 ( )
.
d) VT a2 b2 c2 ab bc ca
1
= a2 b2 c2 ab bc ca ab bc ca ab bc ca
1 1
ab bc ca a b c
9 9 30
1
( )
3
Chú ý: ab bc ca a b c
1( )
3
.
e) Áp dụng (1): A B C A B C
1 1
2 cos2 2 cos2 2 cos2 6 cos2 cos2 cos2
9
3
2
.
Chú ý: A B C
3 cos2 cos2 cos2
2
.
Bài 5. Áp dụng BĐT Cơ–si để tìm GTNN biểu thức sau: a)
x
y x
x
18;
b)
x
y x
x2 ;
2
(10)c) x
y x
x
3 1 ; 1
2
d)
x
y x
x
5 ;
3 2
e)
x
y x
x x5 ; 1 f) x y x x
21;
g) x x y x x 4
4 ;
h)
y x x
x
3
2 ;
HD: a) Miny = x = 6 b) Miny =
2 x = 3 c) Miny =
3
2
x = 36 1 d) Miny =
30
x =
30
e) Miny = 2 5 x
5
4
f) Miny = 3
4 x = 32 g) Miny = x = 2 h) Miny = 5
5
27 x = 53 Bài 6. Áp dụng BĐT Cơ–si để tìm GTLN biểu thức sau:
a) y(x3)(5 x); 3 x b) y x (6 x); 0 x
c) y x x x
5 ( 3)(5 );
2
d) y x x x
5
(2 5)(5 );
2
e) y x x x
1
(6 3)(5 );
2
f)
x
y x
x2 2;
g) x y x 2
HD: a) Maxy = 16 x = 1 b) Maxy = x = 3
c) Maxy = 121
8 x =
d) Maxy = 625
8 x = e) Maxy = x = 1 f) Maxy =
1
2 2 x = 2 (2x2 2 2x)
g) Ta có: x2 2 x2 1 33 x2 (x22)327x2 x x 2 27 ( 2) Maxy =
1
27 x = 1. Bài 7.
a)
VẤN ĐỀ 3: Chứng minh BĐT dựa vào BĐT Bu–nhia–cốp–xki 1 Bất đẳng thức Bu–nhia–cốp–xki: (B)
Với a, b, x, y R, ta có: (ax by )2(a2b x2)( 2y2) Dấu "=" xảy ay = bx Với a, b, c, x, y, z R, ta có: (ax by cz )2(a2b2c x2)( 2y2z2)
(11) (a b )22(a2b2) (a b c )23(a2b2c2)
Bài 1. Chứng minh bất đẳng thức sau:
a) 3a24b27, với 3a4b7 b) a b
2 735
3
47
, với 2a 3b7 c) a b
2 2464 11
137
, với 3a 5b8 d) a b 2
5
, với a2b2 e) 2a23b2 5, với 2a3b5 f) x y x y
2
( 1) (2 5)
HD: a) Áp dụng BĐT (B) cho số 3, 4, , 4a b. b) Áp dụng BĐT (B) cho số
a b
2 , , , 5
3 .
c) Áp dụng BĐT (B) cho số
a b
3 , , , 11
7 11 .
d) Áp dụng BĐT (B) cho số 1,2, ,a b.
e) Áp dụng BĐT (B) cho số 2, 3, , 3a b.
f) Đặt a = x – 2y + 1, b = 2x – 4y + 5, ta có: 2a – b = –3 BĐT a b 2
5
. Áp dụng BĐT (B) cho số 2; –1; a; b ta đpcm.
Bài 2. Chứng minh bất đẳng thức sau: a) a b
2 2
, với a b 1. b) a b 3
4
, với a b 1. c) a b
4
, với a b 1. d) a4b4 2, với a b 2. HD: a) 1 (1 ) a b (1 )(2 a2b2) đpcm.
b) a b 1 b 1 a b3 (1 a)3 1 3a3a2 a3 b a a
2
3 3 1
2 4
.
c) a b a b
2 4 2
(1 )( ) ( )
4
đpcm. d) (1 )(2 a2b2) ( a b )2 4 a2b22.
(1 )(2 a4b4) ( a2b2 2) 4 a4b4 2
Bài 3. Cho x, y, z ba số dương x y z 1 Tìm giá trị lớn biểu thức:
P 1 x 1 y 1 z.
HD: Áp dụng BĐT (B), ta có: P 1 (1 x) (1 y) (1 ) z
Dấu "=" xảy 1 x 1 y 1 z
x y z
3
(12)Vậy Max P = 6 x y z
1
.
Bài 4. Cho x, y, z ba số dương x y z 1 Chứng minh rằng:
x y z
x y z
2 2
2 2
1 1 82
HD: Áp dụng BĐT (B), ta có:
x x
x x
2
2 2
2
1 (1 9 )
x x x x 2
1
82
(1)
Tương tự ta có:
y y
y y
2
1
82
(2), z z z z
2
1
82
(3)
Từ (1), (2), (3) suy ra: P
x y z
x y z
1 ( ) 9 1
82 =
x y z
x y z x y z
1 ( ) 1 1 80 1
9 82
x y z
x y z x y z
1 ( ) 1 80.
3 82
82.
Dấu "=" xảy x y z
.
Bài 5. Cho a, b, c
thoả a b c 1 Chứng minh:
a b c
(1) (2)
7 1 1 1 21.
HD: Áp dụng BĐT (B) cho số: 1;1;1; 4a1; 4b1; 1c (2).
Chú ý: x y z x y z Dấu "=" xảy x = y = z = Từ (1) Bài 6. Cho x, y > Tìm GTNN biểu thức sau:
a) A x y 4
, với x + y = b) B x y , với 6x y
HD: a) Chú ý: A = x y
2 2
Áp dụng BĐT (B) với số:
x y
x y
2
; ; ;
2 ta được:
x y x y
x y
x y
2
25 . . ( )
4 2
Dấu "=" xảy x y 4;
5
Vậy minA = 25
4 x y 4;
5
.
b) Chú ý: x y x y
2
2 2 3
.
Áp dụng BĐT (B) với số:
x y
x y
2
; ; ;
(13)
x y x y
x y x y
2
2
2 3
( ) 2
x y
2
2
6
.
Dấu "=" xảy
x 3 2; y 3
6
Vậy minB =
32
. Bài 7. Tìm GTLN biểu thức sau:
a) A x 1 y y 1x , với x, y thoả x2y2 1 HD: a) Chú ý: x y 2(x2y2) 2.
A (x2y2)(1 y x) x y 2 2 Dấu "=" xảy x y
2
. Bài 8. Tìm GTLN, GTNN biểu thức sau:
a) A 7 x 2x , với –2 x b) B6 x1 3 x, với x c) C y 2x5, với 36x216y2 9 d) D2x y 2, với
x2 y2 1 . HD: a) A (1 )(72 x x 2) 2 Dấu "=" xảy x
5
. A (7 x) ( x2) 3 Dấu "=" xảy x = –2 x = 7.
maxA = 2khi x
; minA = x = –2 x = 7.
b) B (628 )(2 x 1 x) 10 2 Dấu "=" xảy x = 43 25. B 6 (x 1) (3 x) 3 x 6 2 Dấu "=" xảy x = 3.
maxB = 10 2khi x = 43
25; minB = 6 2khi x = 3. c) Chú ý: 36x216y2 (6 )x 2(4 )y 2 Từ đó: y x y x
1
2
4
.
y 2x 1.4y 1.6x 1 16y2 36x2
4 16
y x
5 2
4
C y x
15 2 5 25
4 4 .
minC = 15
4 x y
2,
5 20
; maxC = 25
4 x y 2,
5 20
.
d) Chú ý:
x2 y2 (3 ) (2 )x y
4 36 Từ đó: x y x y
2
2
3
.
x y x y x2 y2
2
3
(14) minD = –7 x y 8,
5
; maxD = x y
8,
5
. Bài 9.