Các bài tập nâng cao toán thi vào 10 cauchy

1. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 CHUYÊN ĐỀ: MỘT SỐ KỸ THUẬT SỬ DỤNG BẤT ĐẲNG THỨC CAUCHY Tác giả chuyên đề: Phùng Văn Long Chức vụ: Giáo viên Đơn vị công tác: Trường THCS Vĩnh Tường Huyện Vĩnh Tường-Tỉnh Vĩnh Phúc Đối tượng: Học sinh lớp 9 Số tiết: 15 tiết I. ĐẶT VẤN ĐỀ Toán học là một môn học có ý nghĩa đặc biệt với học sinh phổ thông. Nó giúp học sinh phát triển tư duy logic, phát triển năng lực trí tuệ và hình thành các phẩm chất đạo đức, hơn nữa môn toán là một môn học công cụ nên việc học tốt môn toán sẽ giúp học sinh học tốt các môn học khác. Tuy nhiên môn toán cũng là môn học mang tính trừu tượng cao nên học sinh thường gặp khó khăn khi học toán, song không vì vậy mà toán học thiếu đi sự hấp dẫn đối với người học. Một trong những bộ phận rất quan trọng và hấp dẫn với học sinh giỏi là phân môn Bất đẳng thức và giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất. Nhưng đây cũng là phần rất khó của bộ môn Toán. Bất đẳng thức là một vấn đề cổ điển của toán học sơ cấp nhưng ngày càng được quan tâm và phát triển, đây cũng là một phần toán học sơ cấp đẹp và thú vị nhất, vì thế luôn cuốn hút rất nhiều sự quan tâm của học sinh, đặc biệt là học sinh giỏi, học sinh có năng khiếu học toán. Điểm đặc biệt, ấn tượng nhất của bất đẳng thức trong toán sơ cấp đó là có rất nhiều bài toán hay và khó, thậm chí là rất khó. Tuy nhiên cái khó ở đây không nằm ở gánh nặng về lượng kiến thức mà ở yêu cầu óc quan sát, linh cảm tinh tế và sức sáng tạo rồi rào của người học, vì thế người học luôn có thể giải được bằng những kiến thức rất cơ bản và việc hoàn thành được những chứng minh như vậy là một niềm vui thực sự. Trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi môn toán thì bài toán bất đẳng thức, giá trị nhỏ nhất, lớn nhất là một bài toán có khả năng rèn luyện cho học sinh óc phán đoán và tư duy logic, song phần lớn học sinh gặp khó khăn khi giải quyết dạng toán này. Đối với học sinh trung học cơ sở, việc chứng minh một bất đẳng thức thường có rất ít công cụ, học sinh chủ yếu sử dụng định nghĩa hoặc bất đẳng thức Cauchy để chứng minh. Tuy nhiên việc sử dụng bất đẳng thức Cauchy để chứng minh các bài toán khác trong đa số các trường hợp yêu cầu học sinh phải biết cách biến đổi một cách hợp lý, thậm chí là phải rất tinh tế. Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 1/31
2. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 II. NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ 1. Bất đẳng thức Cauchy a. Cho hai số thực không âm a,b. Khi đó ta có: ab ba ≥ + 2 . Dấu “=” xảy ra khi a=b b. (Dạng tổng quát).Cho n số thực không âm naaa ,...,, 21 .Khi đó ta có: n n n aaa n aaa ..... ... 21 21 ≥ + Dấu “=” xảy ra khi naaa === ...21 . Bất đẳng thức này còn được gọi là bất đẳng thức liên hệ giữa trung bình cộng và trung bình nhân hay bất đẳng thức AM-GM (Arithmetic mean- Geometric mean) Chứng minh: -Với n=2 bất đẳng thức hiển nhiên đúng và dấu bằng xảy ra khi và chỉ khi a1=a2. - Giả sử bất đẳng thức đúng đến n=k, tức là 0,...,, 21 ≥∀ kaaa ta có: k k k aaa k aaa ..... ... 21 21 ≥ + , dấu bằng xảy ra khi kaaa === ...21 . -Xét khi n=k+1.Với 0,...,, 121 ≥∀ +kaaa ta có: 1 ... . 1 ... 1 21 121 1 + + + = + ++ = + + + k a k aaa k k aaaa S k k kk k (1) Theo giả thiết quy nạp, suy ra 1 .... 12.1 1 + + ≥ + + k aaaak S k k k k (2) Dấu “=” trong (2) xảy ra (theo giả thiết quy nạp) khi kaaa === ...21 Đặt ( )1 21 .... + = kk kaaa α và 1 1 + + = k ka β khi đó (2) dạng 1 . 11 1 + + ≥ + k k S kk k βα (3) Từ (3) ta có βα βα k kk k kk k k aaaS − + + ≥− + 1 . .... 11 1 1211 (4) Dễ dàng thấy rằng: ( ) ( ) ( )[ ]kkk kkkk k kk kk VP βαββαα βαβαβα −−− + = + −−+ = ... 1 1 1 . 4 11 ( ) ( ) ( )[ ]12122321 2 ......)(. 1 −−−−−− ++ + − = kkkkkk k ββααβαβααβααα βα Do 0, ≥βα nên suy ra ( ) 1 1211 ....04 + ++ ≥⇒≥ k kk aaaSVP Do đó bất đẳng thức Cauchy cũng đúng với n=k+1.Theo nguyên lý quy nạp ta suy ra bất đẳng thức Cauchy đúng N∈∀n . Dấu bằng xảy ra khi 121 21 ... ... +===⇔    = == kk k aaaa aaa βα . 2. Ví dụ . Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 2/31
3. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 Ví dụ 1. Cho các số thực dương x, y, z thỏa mãn 1xyz = . Chứng minh rằng: 3 3 3 3 3 3 1 1 1 3 3 x y y z z x xy yz zx + + + + + + + + ≥ Dấu đẳng thức xảy ra khi nào? Giải: Áp dụng BĐT Cauchy, ta có: 3 3 3 3 1 3 1 3 x y x y xy xy xy + + + + ≥ ⇒ ≥ Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi 1 x y= = Chứng minh tương tự, ta được: 3 3 1 3y z yz yz + + ≥ (Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi 1 y z= = ) 3 3 1 3z x zx zx + + ≥ (Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi 1 z x= = ) Cộng vế với vế các bất đẳng thức trên, ta được: ( ) 3 3 3 3 3 3 1 1 1 1 1 1 3 1 x y y z z x xy yz zx xy yz zx  + + + + + + + + ≥ + + ÷ ÷   Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi 1x y z= = = . Áp dụng bất đẳng thức Cauchy, ta có: ( )3 1 1 1 3 3 2 xy yz zx xyz + + ≥ = Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi 1x y z= = = . Từ (1) và (2), ta có điều phải chứng minh. Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi 1x y z= = = . Chú ý: Nói chung, ta ít gặp các bài toán sử dụng ngay bất đẳng thức Cauchy như ví dụ trên mà thường phải biến đổi bài toán đến tình huống thích hợp rồi mới sử dụng bất đẳng thức Cauchy. Khi biến đổi, ta thường sử dụng những số hạng của một vế Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 3/31
4. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 cộng thêm các số hạng thích hợp và sử dụng bất đẳng thức Cauchy . Khi biến đổi, ta lưu ý một số nhận xét sau: Nhận xét 1. Số chiều của BĐT Cauchy phụ thuộc vào số hạng của bậc cao nhất. Ví dụ 2. Với các số thực dương a, b, c, chứng minh rằng: 3 3 3 2 2 2 a b c ab bc ca+ + ≥ + + Dấu đẳng thức xảy ra khi nào? Phân tích: Ta thấy số hạng vế bên phải có bậc cao nhất là 3, nên ta sẽ sử dụng bất đẳng thức Cauchy cho 3 số không âm. Chẳng hạn, số hạng 2 ab sẽ ứng với bộ ba số 3 3 3 , ,a b b . Cứ như vậy, ta thu được bất đẳng thức cần chứng minh. Giải. Áp dụng bất đẳng thức Cô-si, ta có: 3 3 3 2 3 3 3 3 3 3 3 2 3 3 3 a b b ab b c c bc c a a ca + + ≥ + + ≥ + + ≥ Cộng vế với vế của các bất đẳng thức trên, ta được: ( ) ( )3 3 3 2 2 2 3 3 3 2 2 2 3 3a b c ab bc ca a b c ab bc ca + + ≥ + + ⇔ + + ≥ + + Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi: a b b c a b c c a =  = ⇔ = =  = Ví dụ 3. Với các số thực không âm a, b, c, chứng minh rằng: ( )2 2 2 2 2 2 a b b c c a abc a b c+ + ≥ + + Dấu đẳng thức xảy ra khi nào? Giải. Áp dụng bất đẳng thức Cauchy, ta có: 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 a b b c ab c b c c a abc c a a b a bc + ≥ + ≥ + ≥ Cộng vế với vế của các bất đẳng thức trên, ta được: Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 4/31
5. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2a b b a c a abc a b c a b b c c a abc a b c + + ≥ + + ⇔ + + ≥ + + Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi: ab bc bc ca a b c ca ab =  = ⇔ = =  = Nhận xét 2. Bậc của số hạng cần thêm vào để sử dụng bất đẳng thức Cauchy bằng bậc của số hạng cần mô tả. Ví dụ 4. Với các số dương a, b, c, chứng minh rằng: 3 3 3 a b c ab bc ca b c a + + ≥ + + Dấu đẳng thức xảy ra khi nào? Phân tích: Ta thấy các số hạng vế bên trái có chứa mẫu, các số hạng bên phải không chứa mẫu, do đó ta cần khử mẫu bằng cách thêm các số hạng vào bên trái của bất đẳng thức. Bậc của số hạng cần mô tả là hai, nên bậc của số hạng thêm vào cũng là hai. Chẳng hạn, số hạng 3 a b có chứa mẫu là b, nên số hạng thêm vào phải chứa nhân tử b. Bậc của số hạng là 2, nên ta cộng thêm vào ab. 3 2 2 a ab a b + ≥ Giải. Áp dụng bất đẳng thức Cauchy, ta có: 3 2 2 a ab a b + ≥ 3 2 3 2 2 2 b bc b c c ca c a + ≥ + ≥ Cộng vế với vế của các bất đẳng thức trên, ta được: ( ) 3 3 3 2 2 2 2 a b c ab bc ca a b c b c a + + + + + ≥ + + (1) Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi : Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 5/31
6. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 3 2 2 3 2 2 2 2 3 a ab b a b a b b bc b c b c a b c c c ac a c ca a                = = = = ⇔ = ⇔ = ⇔ = = == = Lại có, 2 2 2 a b c ab bc ca+ + ≥ + + (2) Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi a b c= = . Từ (1) và (2) suy ra: ( ) 3 3 3 3 3 3 2 a b c ab bc ca ab bc ca b c a a b c ab bc ca b c a + + + + + ≥ + + ⇔ + + ≥ + + Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi a b c= = . Ví dụ 5. Với các số dương a, b, c, chứng minh rằng: 3 3 3 a b c a b c bc ca ab + + ≥ + + Dấu đẳng thức xảy ra khi nào? Phân tích: Ta thấy các số hạng vế bên trái có chứa mẫu, các số hạng bên phải không chứa mẫu, do đó ta cần khử mẫu bằng cách thêm các số hạng vào bên trái của bất đẳng thức. Bậc của số hạng cần mô tả là một, nên bậc của các số hạng thêm vào cũng là một. Chẳng hạn, số hạng 3 a bc có chứa mẫu là b, c và bậc của số hạng thêm vào là 1 nên các số hạng thêm vào là b, c: 3 3 a b c a bc + + ≥ Giải. Áp dụng bất đẳng thức Cauchy, ta có: 3 3 a b c a bc + + ≥ Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 6/31
7. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 3 3 3 3 b c a b ca c a b c ab + + ≥ + + ≥ Cộng vế với vế của các bất đẳng thức trên, ta được: ( ) ( ) 3 3 3 3 3 3 2 3 a b c a b c a b c a b c a b c bc ca ab bc ca ab + + + + + ≥ + + ⇒ + + ≥ + + Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi 3 3 3 a b c bc b c a a b c ca c a b ab  = =   = = ⇔ = =   = =  Nhận xét 3. Khi bậc không bằng nhau thì số hạng cộng thêm có thể là hằng số. Ví dụ 6. Với các số dương a, b, c thỏa mãn điều kiện 1ab bc ca+ + = , chứng minh rằng: 3 3 3 1 3 a b c+ + ≥ Dấu đẳng thức xảy ra khi nào? Phân tích: Cho a b c= = thay vào điều kiện ta tính được 1 3 a b c= = = Sử dụng bất đẳng thức Cauchy với n = 3 cộng với số hạng hằng số, số hạng chứa biến thích hợp để mô tả điều kiện và bất đẳng thức cần chứng minh. Chẳng hạn, với số hạng ab trong điều kiện xác định, ta sử dụng các số hạng 3 3 1 , , 3 3 a b : 3 3 3 3 3 1 1 3 3 3 3 3 3 a b a b ab+ + ≥ = Giải. Áp dụng bất đẳng thức Cauchy, ta có: Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 7/31
8. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 3 3 3 3 3 3 1 3 3 3 1 3 3 3 1 3 3 3 a b ab b c bc c a ca + + ≥ + + ≥ + + ≥ Cộng vế với vế của các bất đẳng thức trên, ta được: ( ) ( ) ( ) 3 3 3 3 3 3 3 3 3 1 2 3 3 3 2 1 2 3 3 a b c ab bc ca a b c a b c + + + ≥ + + = ⇒ + + ≥ ⇒ + + ≥ Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi 1 3 1 1 3 3 1 3 1 a b b c a b c c a ab bc ca  = =   = = ⇔ = = =  = =   + + = Ví dụ 7. Với các số dương a, b, c thỏa mãn điều kiện ( )4 3a b c abc+ + = , chứng minh rằng: 3 3 3 1 1 1 3 8a b c + + ≥ Dấu đẳng thức xảy ra khi nào? Phân tích: Biến đổi điều kiện, ta được: 1 1 1 3 4ab bc ca + + = Cho a b c= = thay vào điều kiện ta tính được 2a b c= = = Sử dụng bất đẳng thức Cauchy với n = 3 cộng với số hạng hằng số, số hạng chứa biến thích hợp để mô tả điều kiện và bất đẳng thức cần chứng minh. Chẳng hạn, với số hạng 1 ab trong điều kiện, ta sử dụng bất đẳng thức Cauchy cho các số dương 3 3 1 1 1 , , 8a b , ta có: Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 8/31
9. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 3 3 3 3 3 1 1 1 1 1 1 3 1 3 . . . 8 8 2a b a b ab + + ≥ = Giải. Ta có: ( ) 1 1 1 3 4 3 4 a b c abc ab bc ca + + = ⇔ + + = Áp dụng bất đẳng thức Cauchy, ta có: 3 3 1 1 1 3 1 . 8 2a b ab + + ≥ 3 3 3 3 1 1 1 3 1 . 8 2 1 1 1 3 1 . 8 2 b c bc c a ca + + ≥ + + ≥ Cộng vế với vế của các bất đẳng thức trên, ta được: 3 3 3 3 3 3 1 1 1 3 3 1 1 1 9 1 1 1 3 2 8 2 8 8a b c ab bc ca a b c     + + + ≥ + + = ⇔ + + ≥ ÷  ÷     Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi 1 1 1 1 2 2 1 1 1 3 4 a b c a b c ab bc ca  = = = ⇔ = = =  + + =  Nhận xét 4. Ta cần để ý đến trường hợp đẳng thức xảy ra với a = b = c của bất đẳng thức để thêm hệ số cho thích hợp. Ví dụ 8. Với các số dương a, b, c, chứng minh rằng: ( ) ( ) ( ) ( ) 3 3 3 1 2 a b c a b c b b c c c a a a b + + ≥ + + + + + Dấu đẳng thức xảy ra khi nào? Phân tích: Cho a b c= = thay vào một số hạng bên vế trái của BĐT cần chứng minh, chẳng hạn số hạng ( ) 3 a b b c+ ta thu được 2 a . Mặt khác, số hạng này lại có mẫu chứa nhân tử ,b b c+ . Do đó, ta sẽ thêm vào các số hạng , 2 4 b b c+ và sử dụng bất đẳng thức Cauchy với n = 3: Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 9/31
10. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 ( ) ( ) 3 3 3 3 3 . . 2 4 2 4 2 a b b c a b b c a b b c b b c + + + + ≥ = + + Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi: ( ) ( )3 23 2 2 4 a b b ca b b c a b c b b c b c  =  = = ⇔ ⇔ = = + = Ta làm tương tự với các số hạng khác sẽ thu được bất đẳng thức cần chứng minh. Giải. Áp dụng bất đẳng thức Cauchy, ta có: ( ) ( ) 3 3 3 3 3 . . 2 4 2 4 2 a b b c a b b c a b b c b b c + + + + ≥ = + + Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi: ( ) ( )3 23 2 2 4 a b b ca b b c a b c b b c b c  =  = = ⇔ ⇔ = = + = Tương tự, ta có: ( ) ( ) 3 3 3 2 4 2 3 2 4 2 b c c a b c c a c a a b c a a b + + + ≥ + + + + ≥ + Cộng vế với vế của các bất đẳng thức trên, ta được: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 3 3 3 3 3 3 3 2 1 2 a b c a b c a b c b b c c c a a a b a b c a b c b b c c c a a a b + + + + + ≥ + + + + + ⇔ + + ≥ + + + + + Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi a b c= = Ví dụ 9. Với các số dương a, b, c, chứng minh rằng: ( ) ( ) ( ) ( ) 3 3 3 2 2 2 2 92 2 2 a b c a b c b c c a a b + + ≥ + + + + + Dấu đẳng thức xảy ra khi nào? Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 10/31
11. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 Phân tích: Cho a b c= = thay vào một số hạng bên vế trái của BĐT cần chứng minh, chẳng hạn số hạng ( ) 3 2 2 a b c+ ta thu được 9 a . Mặt khác, số hạng này lại có mẫu chứa nhân tử 2b c+ . Do đó, ta sẽ thêm vào các số hạng 2 2 , 27 27 b c b c+ + và sử dụng bất đẳng thức Cauchy với n = 3: ( ) ( ) 3 3 3 2 2 2 2 2 2 3 . . 27 27 27 27 32 a b c b c a b c b c a b c b c + + + + + + ≥ = + + Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi: ( ) ( ) 3 33 2 2 27 2 3 2 272 a b c a b c a b c b c + = ⇔ = + ⇔ = + + Ta làm tương tự với các số hạng khác sẽ thu được bất đẳng thức cần chứng minh. Giải. Áp dụng bất đẳng thức Cauchy, ta có: ( ) ( ) 3 3 32 2 2 2 2 2 3 . . 27 27 27 27 32 a b c b c a b c b c a b c b c + + + + + + ≥ = + + Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi: ( ) ( ) 3 33 2 2 27 2 3 2 272 a b c a b c a b c b c + = ⇔ = + ⇔ = + + Tương tự, ta có: ( ) 3 2 2 2 27 27 32 b c a c a b c a + + + + ≥ + (Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi 3 2b c a= + ) ( ) 3 2 2 2 27 27 32 c a b a b c a b + + + + ≥ + (Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi 3 2c a b= + ) Cộng vế với vế của các bất đẳng thức trên, ta được: Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 11/31
12. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 3 3 3 2 2 2 3 3 3 2 2 2 9 32 2 2 2 92 2 2 a b c a b c a b c b c c a a b a b ca b c b c c a a b + + + + + + + ≥ + + + + + ⇔ + + ≥ + + + Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi 3 2 3 2 3 2 a b c b c a a b c c a b = +  = + ⇔ = =  = + Nhận xét 5. Ta sử dụng bất đẳng thức Cauchy kết hợp với một số bất đẳng thức phụ. Ví dụ 10. Với các số dương a, b, c, chứng minh rằng: 5 5 5 2 2 2 2 2 2 a b c a b c bc ca ab + + ≥ + + Dấu đẳng thức xảy ra khi nào? Giải. Áp dụng bất đẳng thức Cauchy, ta có: 5 5 2 2 23 2 2 3 . . 3 a a c ab c ab a bc bc + + ≥ = Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi: 5 2 2 a c ab a b c bc = = ⇔ = = Tương tự, ta có: 5 2 2 2 3 b a bc b ca + + ≥ (Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi: a b c= = ) 5 2 2 2 3 c b ca c ab + + ≥ (Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi: a b c= = ) Cộng vế với vế của các bất đẳng thức trên, ta được: ( ) ( ) 5 5 5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 5 5 5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 a b c a b c ab bc ca a b c bc ca ab a b c a b c a b c ab bc ca bc ca ab + + + + + + + + ≥ + + ⇔ + + ≥ + + + + + − − − Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi a b c= = Áp dụng bất đẳng thức phụ: Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 12/31
13. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 2 2 2 a b c ab bc ca+ + ≥ + + (Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi: a b c= = ) Ta có: 5 5 5 2 2 2 2 2 2 a b c a b c bc ca ab + + ≥ + + Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi: a b c= = Ví dụ 11. Cho x, y, z là các số dương và 1x y z+ + ≤ . Chứng minh rằng: 2 2 2 2 2 2 1 1 1 82x y z x y z + + + + + ≥ Giải. Bất đẳng thức phụ 1: với các số dương a, b, c, d, ta có: ( ) ( )2 22 2 2 2 a b c d a c b d+ + + ≥ + + + Thật vậy, ta có: ( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( ) 2 22 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 a b c d a c b d a b c d a b c d a b c d ac bd a b c d ac bd a c b c a d b d a c b d abcd ad bc + + + ≥ + + + ⇔ + + + + + + ≥ + + + + + ⇔ + + ≥ + ⇔ + + + ≥ + + ⇔ − ≥ Áp dụng bất đẳng thức trên, ta có: ( ) ( ) ( ) 2 22 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 x y z x y z x y z x y z x y z x y z   + + + + + ≥ + + + + + ÷     ≥ + + + + + ÷   Bất đẳng thức phụ 2 : với các số dương a ,b, c, ta có: ( ) 1 1 1 1 1 1 9 9a b c a b c a b c a b c   + + + + ≥ ⇔ + + ≥ ÷ + +  Áp dụng bất đẳng thức trên, ta có: Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 13/31
14. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 1 1 1 9 1 1 1 81 2 x y z x y z x y z x y z x y z x y z + + ≥ + +   ⇒ + + + + + ≥ + + + ÷ + +  Áp dụng bất đẳng thức Cauchy, ta có: ( ) ( ) 2 2 1 2x y z x y z + + + ≥ + + Theo giả thiết: ( ) 2 1 80 1 1 80x y z x y z x y z + + ≤ ⇒ ≥ ⇒ ≥ + + + + Do đó: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 81 1 80 2 80 82 3 x y z x y z x y z x y z x y z + + + = + + + + + + + + + + ≥ + = Từ (1), (2), (3) ta có điều phải chứng minh. Ví dụ 12. Cho x, y, z là các số dương thỏa mãn 1 1 1 4 x y z + + = . Chứng minh rằng 1 1 1 1 2 2 2x y z x y z x y z + + ≤ + + + + + + Giải. Áp dụng bất đẳng phụ với các số dương x, y: ( ) 1 1 1 1 1 1 4 4 x y x y x y x y     + + ≥ ⇔ ≤ + ÷  ÷ +    Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi x = y. Ta có: 1 1 1 1 1 1 1 1 2 4 2 4 2 4 4x y z x y z x y z     ≤ + ≤ + + ÷  ÷+ + +    Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi: 2x y z x y z y z = + ⇔ = = =    Tương tự, ta có: Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 14/31
15. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 1 1 1 1 1 2 4 4 2 4x y z x y z ≤ + + + +    ÷   (Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi: x y z= = ) 1 1 1 1 1 2 4 4 4 2x y z x y z ≤ + + + +    ÷   (Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi: x y z= = ) Cộng vế với vế của các bất đẳng thức trên, ta được: 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 4x y z x y z x y z x y z + + ≤ + + = + + + + + +    ÷   Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi 3 1 1 1 4 4 x y z x y z x y z = = ⇔ = = = + + =     Nhận xét 6. Đặt ẩn phụ trước khi biến đổi giúp ta đưa một số bất đẳng thức về các bất đẳng thức đơn giản. Ví dụ 13. Với các số dương a, b, c thỏa mãn 1abc = , chứng minh rằng: ( ) ( ) ( )2 2 2 1 1 1 3 2a b c b c a c a b + + ≥ + + + Đẳng thức xảy ra khi nào? Giải. Đặt 1 1 1 , ,x y z a b c = = = , ta thu được: 1xyz = . Ta có: ( ) 2 2 2 1 1 1 x x yz x a b c y z y z y z = = = + + + + Biến đổi tương tự, ta được: ( ) ( )2 2 1 1 , y z b c a z x c a b x y = = + + + + Bất đẳng thức cần chứng minh có dạng: Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 15/31
16. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 ( ) 3 2 9 1 1 1 2 1 1 1 9 2 x y z y z z x x y x y z y z z x x y x y z y z z x x y + + ≥ + + + ⇔ + + + + + ≥ + + + ⇔ + + + + ≥ + + +       ÷ ÷  ÷         ÷   Áp dụng bất đẳng thức trong Ví dụ 1, ta có: ( ) ( ) 1 1 1 1 1 1 9 2 2 x y z x y y z z x x y y z z x x y y z z x   + + + + ÷ + + +  + + + + +   = + + ≥ ÷+ + +  Do đó, ta có điều phải chứng minh. Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi x y y z z x x y z a b c+ = + = + ⇔ = = ⇔ = = Ví dụ 14. Với các số dương a, b, c, chứng minh rằng: 2 3 2 2 2 1 c b a b c ac ab b ac + + ≥ + + Đẳng thức xảy ra khi nào? Giải. Chia cả hai vế cho 0bc > , ta được: 3 3 3 1 1c a a a b b ac b bc c + + ≥ + + Đặt 1 1 , ,a x b c y z = = = bất đẳng thức cần chứng minh có dạng: 3 3 3 x y z xy yz zx y z x + + ≥ + + Bất đẳng thức trên đó được chứng minh ở Ví dụ 6. Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi 1 1 x y z a b c = = ⇔ = = Nhận xét 7. Sử dụng hằng đẳng thức kết hợp với bất đẳng thức Cauchy. Ví dụ 15. Với a, b, c dương, chứng minh rằng: Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 16/31
17. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 3 3 3 2 2 2 2 2 2 3 a b c a b c a ab b b bc c c ca a + + + + ≥ + + + + + + Giải. Đặt 3 3 3 2 2 2 2 2 2 a b c P a ab b b bc c c ca a = + + + + + + + + 3 3 3 2 2 2 2 2 2 b c a Q a ab b b bc c c ca a = + + + + + + + + Ta có: 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 0 2 a b b c c a P Q a ab b b bc c c ca a a b b c c a a b b c c a P P Q a ab b b bc c c ca a − − − − = + + + + + + + + = − + − + − = + + + ⇒ = + = + + + + + + + + Mặt khác, ta có: ( )2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 2 2 2 2 3 1 3 3 a b ab a b ab a b ab a b ab a b a b a b ab a ab b + ≥ ⇔ + − ≥ + + + − + + ⇔ ≥ ⇔ ≥ + + + + Chứng minh tương tự, ta được: 3 3 2 2 3 3 2 2 3 3 b c b c b c bc c a c a c a ca + + ≥ + + + + ≥ + + Cộng vế với vế các bất đẳng thức trên , ta được: 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2. 3 3 a b b c c a a b c P a ab b b bc c c ca a a b c P + + + + + = + + ≥ + + + + + + + + ⇔ ≥ Ta có điều phải chứng minh. Ví dụ 16. Với a, b, c là độ dài ba cạnh của một tam giác, chứng minh rằng: Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 17/31
18. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 ( ) ( ) ( ) ( ) 3 3 3 2 2 22 2 2 2 2 2 9 4 4 4 2 a b c b c a c a b a b c a b c b c a c a b + − + − + − + + ≥ + + + + + + + + Giải. Đặt 2 2 , 2 2 , 2 2x a b c y b c a z c a b= + − = + − = + − Với a, b, c là độ dài ba cạnh của một tam giác nên , ,x y z dương. Ta có: ( )2 2 2 2 2 2 9 4 4 4 x y z a b c y z a b c z x b c a x y c a b + + = + + + = + + + = + + + = + + Bất đẳng thức cần chứng minh có dạng: 3 3 3 2 2 2 2 x y x x y z y z z x x y + + + + ≥ + + + Áp dụng bất đẳng thức Cauchy, ta có: ( ) ( ) ( ) 3 2 3 2 3 2 4 4 4 x x y z x y z y y z x y y z z z x y z x y + + ≥ + + + ≥ + + + ≥ + Cộng vế với vế các bất đẳng thức trên , ta được: 3 3 2 2 2 3 3 3 2 2 2 3 2 2 y x xy yz zx x y z z x x y x y x xy yz zx x y z y z z x x y x y z + + + + ≥ + + + + + + ⇔ + + ≥ + + − + + + + + Áp dụng bất đẳng thức 2 2 2 x y z xy yz zx+ + ≥ + + , ta được: 3 3 3 2 2 2 2 x y x x y z y z z x x y + + + + ≥ + + + Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 18/31
19. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 Nhận xét 8. Khi biến đổi ta điều chỉnh các hệ số sao cho khử được hết các số hạng không có mặt trong bất đẳng thức cần chứng minh. Ví dụ 17. Với các số dương a, b, c, chứng minh rằng: 2 2 2 4 3 a b c a b b c a + + ≥ + Đẳng thức xảy ra khi nào? Giải. Áp dụng bất đẳng thức Cauchy, ta có: 2 2 2 2 4 4 4 4 a b a b b c b c c a c a + ≥ + ≥ + ≥ Cộng vế với vế các bất đẳng thức trên, ta có: 2 2 2 2 2 2 4 4 2 4 4 4 3 a b c b c a a b c b c a a b c a b b c a + + + + + ≥ + + ⇔ + + ≥ + Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi 2 2 2 4 2 2 4 a b b a b b c b c c a c c a a = = = ⇔ = = =              Ví dụ 18. Với các số dương a, b, c, chứng minh rằng: ( ) ( ) 3 3 2 2 a b c b a b c a c a b b c + + ≥ + + + + Đẳng thức xảy ra khi nào? Giải. Áp dụng bất đẳng thức Cauchy, ta có: Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 19/31
20. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 ( ) ( ) 3 3 2 3 2 4 2 3 2 4 2 4 a b c a a b c a b c a b b c a b c b c c b c + + + ≥ + + + + ≥ + + + ≥ + Cộng vế với vế các bất đẳng thức trên, ta có: ( ) ( ) ( ) ( ) 3 3 2 3 3 2 3 3 2 2 2 2 a b c a b c a b c b c a c a b b c a b c b a b c a c a b b c + + + + + ≥ + + + + + ⇔ + + ≥ + + + + Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi ( ) ( ) 3 3 2 2 4 2 4 2 a b c a b c a b c a b a b c c a b c b c b c + = = + + = = ⇔ = = + + = +          3. MỘT SỐ KỸ THUẬT TRONG SỬ DỤNG BẤT ĐẲNG THỨC CAUCHY 3.1. KỸ THUẬT CAUCHY NGƯỢC DẤU 3.1.1.Ví dụ mở đầu: Cho a,b,c>0.Chứng minh rằng: 322 3 22 3 22 3 cba aacc c cbcb b baba a ≥ + + (Nguyễn Đức Tấn-“Chuyên đề bất đẳng thức và ứng dụng trong đại số”- NXB giáo dục-Tr 77). Lời giải: Chứng minh bất đẳng thức riêng: 3 2 22 3 ba baba a − ≥ Ta có: 3 2 22 3 ba baba a − ≥ ⇔ ( )( )223 23 bababaa −≥ ⇔ 232233 223 abbbaabaa −−−+≥ ⇔ 02233 ≥− abbaba ⇔ ( )( ) 0 2 ≥−+ baba (Bất đẳng thức luôn đóng). Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 20/31
21. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 Dấu “=” xảy ra ⇔ a=b Do đó, ta có: 3 2 22 3 ba baba a − ≥ (1) Tương tự, ta có: 3 2 22 3 cb cbcb b − ≥ , dấu “=” xảy ra khi b=c (2) 3 2 22 3 ac aacc c − ≥ , dấu “=” xảy ra khi a=c (3) Cộng (1),(2),(3) vế với vế ta được : 33 2 3 2 3 2 22 3 22 3 22 3 cbaaccbba aacc c cbcb b baba a = − + − + − ≥ + + (ĐPCM) Dấu “=” xảy ra ⇔ a=b=c Nhận xét: Bất đẳng thức trên được chứng minh rất gọn và hay nhưng có vẻ không “tự nhiên” khi tác giả đưa ra bất đẳng thức riêng 3 2 22 3 ba baba a − ≥ . Ta thấy rằng khi đã tìm ra bất đẳng thức riêng này thì bài toán trở nên thật đơn giản, tuy nhiên làm thế nào để tìm ra bất đẳng thức riêng đó, đó là điều ta cần phải giải đáp cho học sinh và giúp học sinh tìm ra bất đẳng thức riêng trong các bài tương tự. 3.1.2. Kỹ thuật Cauchy ngược dấu. Ví dụ 27: Cho các số dương a,b,c thỏa mãn: a+b+c=3. Chứng minh rằng: 2 3 111 222 ≥ + + + + + a c c b b a . Phân tích: Nếu ta áp dụng bất đẳng thức Cauchy cho các mẫu số thì ta có: 2 3 . 2 1 222111 222 ≥      =≤ + + + + + a c c b b a a c c b b a a c c b b a ? Như vậy ta sẽ được một bất đẳng thức đổi chiều, và do đó ta không có được điều phải chứng minh. Tuy nhiên, thử biến đổi một chút biểu thức đã cho ta thấy: 2 2 2 2 1 1 2 2 Cauchy a ab ab ab a a a b b b = − ≥ − = − + + , thật may mắn vì đến đây ta được một bất đẳng thức cùng chiều. Làm tương tự cho các biểu thức còn lại rồi cộng chúng lại ta được điều phải chứng minh Lời giải: Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 21/31
22. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 Ta có: 2 2 2 2 1 1 2 2 Cauchy a ab ab ab a a a b b b = − ≥ − = − + + Tương tự ta có 2 2 2 2 1 1 2 2 Cauchy b bc bc bc b b b c c c = − ≥ − = − + + 2 2 2 2 1 1 2 2 Cauchy c ca ca ac c c c a a a = − ≥ − = − + + Cộng các bất đẳng thức trên với nhau vế với vế ta được: ( )       −≥ + + + + + 2111 222 acbcab cba a c c b b a Mặt khác ta có: ( ) 39. 3 1 . 3 1 2 ==≤ cbaacbcab Từ đó suy ra 2 3 2 3 3 111 222 =−≥ + + + + + a c c b b a Nhận xét: Như vậy ta thấy rằng qua một phép biến đổi ta đã đưa biểu thức mà ta muốn áp dụng bất đẳng thức Cauchy cho mẫu từ biểu thức mang dấu dương thành biểu thức mang dấu âm, từ đó ta có thể áp dụng bất đẳng thức Cauchy cho mẫu mà vẫn được các bất đẳng thức cùng chiều. Đó chính là kỹ thuật Cauchy ngược dấu. Ví dụ 19: Chứng minh với mọi số thực dương a,b,c ta luôn có: 222 3 22 3 22 3 cba ac c cb b ba a ≥ + + + + + Lời giải: Ta có: 22 2 22 2 22 3 b a ab ab a ba ab a ba a Cosi −=−≥ + −= + .Dấu “=” xảy ra khi a=b. Tương tự ta có: 22 2 22 2 22 3 c b bc bc b cb bc b cb b Cosi −=−≥ + −= + .Dấu “=” xảy ra khi b=c. 22 2 22 2 22 3 a c ac ca c ac ca c ac c Cosi −=−≥ + −= + . Dấu “=” xảy ra khi a=c. Cộng ba bất đẳng thức trên vế với vế ta được : ( ) 2222 3 22 3 22 3 cbacba cba ac c cb b ba a = −≥ + + + + + Dấu “=” xảy ra khi a=b=c. Từ bài toán Ví dụ 6 và Ví dụ 7 ta có các bài toán tương tự sau: Ví dụ 20: Cho a,b,c,d là các số thực dương có tổng bằng 4. Chứng minh rằng: 2 1111 2222 ≥ + + + + + + + a d d c c b b a . Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 22/31
23. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 Ví dụ 21:Cho a,b,c là các số thực dương có tổng bằng 3. Chứng minh rằng: 3 1 1 1 1 1 1 222 ≥ + + + + + + + + a c c b b a . Ví dụ 22: Cho a,b,c,d là các số dương có tổng bằng 4. Chứng minh rằng: 4 1 1 1 1 1 1 1 1 2222 ≥ + + + + + + + + + + + a d d c c b b a Ví dụ 23: Cho a,b,c,d là các số thực dương có tổng bằng 4. Chứng minh rằng: 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2222 ≥ + + + + + + + dcba . Ví dụ 24:Chứng minh rằng với mọi số thực dương a,b,c,d ta luôn có: 222 3 22 3 22 3 22 3 dcba ad d dc c cb b ba a + ≥ + + + + + + + Ví dụ 25: Chứng minh rằng với mọi số thực dương a,b,c,d ta luôn có: 32222 33 4 33 4 33 4 33 4 dcba ad d dc c cb b ba a + ≥ + + + + + + + Ví dụ 26: Chứng minh rằng với mọi số thực dương a,b,c có tổng bằng 3,ta có: 1 222 2 2 2 2 2 2 ≥ + + + + + ac c cb b ba a Ví dụ 27: Cho a,b,c là các số dương có tổng bằng 3.Chứng minh rằng: 1 222 3 2 3 2 3 2 ≥ + + + + + ac c cb b ba a . Hướng dẫn Ta có: 3 2 3 6 3 3 3 3 2 . 3 2 .3 2 2 2 2 aba ab ab a ba ab a ba a ⋅−=−≥ + −= + . Từ đó ta cần chứng minh: 3... 3 23 23 2 ≤ cabcab (*) Vì ( )12.121.. 3 233 2 +≤⇒+≤= ababaaaa . Bây giờ chúng ta cùng trở lại với Ví dụ mở đầu: 322 3 22 3 22 3 cba aacc c cbcb b baba a ≥ + + . Sử dụng kỹ thuật Cauchy ngược dấu, ta có: ( ) ( ) 3 2 332222 3 baba a ab baab a baba baab a baba a − = + −= + −≥ + −= . Như vậy, ta có bất đẳng thức riêng 3 2 22 3 ba baba a − ≥ mà tác giả Nguyễn Đức Tấn đã đưa ở Ví dụ trên mà tôi đã giới thiệu . Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 23/31
24. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 3.2. KỸ THUẬT CHỌN ĐIỂM RƠI TRONG BẤT ĐẲNG THỨC CAUCHY. 3.2.1. Điểm rơi trong đánh giá từ trung bình cộng sang trung bình nhân. Ví dụ 28 : Cho 3≥a . Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức a aS 1 += Phân tích:  Sai lầm thường gặp khi giải bài toán trên là: Áp dụng bất đẳng thức Cauchy cho các số không âm a a 1 , ta có: 2 1 2 1 =⋅≥+ a a a a .Vậy min S=2  Nguyên nhân sai lầm: Min S=2 1 1 =⇔=⇔ a a a mâu thuẫn với giả thiết 3≥a . Tìm lời giải đúng: Vì bất đẳng thức Cauchy xảy ra dấu “=” tại điều kiện các số tham gia phải bằng nhau, nên thay cho việc áp dụng bất đẳng thức Cauchy cho cặp số a a 1 , ta sẽ áp dụng bất đẳng thức Cauchy cho cặp số a 1 , a α .Khi đó để bất đẳng thức Cauchy xảy ra dấu “=” thì a 1a = α .Mặt khác ta nhận thấy min S đạt được khi a=3(trong điều kiện 3≥a ).Do đó ta có sơ đồ điểm rơi ứng với a=3 9 3 3 1 3 11 3 =⇒=⇒      = = ⇒ α α α αα a .Từ đó ta có lời giải đúng sau: Lời giải đúng: Ta có 3 10 9 3.81 9 .2 9 81 9 1 =+⋅≥+      +=+= a aa a a a aS .Dấu “=” xảy ra khi a=3 Vậy MinS= 3 3 10 =⇔ a Ví dụ 29: Cho a,b là hai số dương có tích bằng 1.Chứng minh rằng 2 51 ≥ + ++ ba ba Phân tích: Ta dự đoán dấu bằng trong bất đẳng thức đã cho xảy ra khi 1 1. 0 =    =⇔ = >= ba ba ba Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 24/31 a =3
25. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 Với a=b=1 ta có sơ đồ điểm rơi:      =⇔=⇒ = + = + 4 2 12 2 11 2 α α αα ba ba .Từ đó ta có lời giải: Lời giải: Ta có: ( ) ( ) 2 5 2 3 1 4 2.31 4 .2 4 .31 4 1 =+=+ + ⋅ + ≥ + + + + + = + ab ba baba ba ba ba ba Dấu “=” xảy ra khi 1 1. 0 =    =⇔ = >= ba ba ba . Ví dụ 30: Cho 0,, ≥cba thỏa mãn: 1222 = cba . Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức T= abc cba 1 + Phân tích:  Sai lầm thường gặp : Áp dụng bất đẳng thức Cauchy cho các số không âm a,b,c và abc 1 ta được: 4 1 ....4 1 4 =≥+ abc cba abc cba suy ra minT=4.  Nguyên nhân sai lầm: minT=4 31 1 222 =⇒====⇔ cba abc cba mâu thuẫn với giả thiết 1222 = cba Tìm lời giải đúng: Vì dấu “=” xảy ra khi 3 1 === cba nên khi đó 33 1 = abc Sơ đồ điểm rơi: 9 33 3 1 33 . 1 3 1 3 1 =⇒=⇒       = === ⇒=== α α αα abc cba cba Lời giải đúng: Ta có: 34 3 8 3 4 3 9 8 9 1 ....4 9 8 9 11 3 222 4 =+= +≥++=+++ cbaabc cba abcabc cba abc cba Dấu “=” xảy ra khi 3 1 === cba . Vậy minT= 3 1 34 ===⇔ cba Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 25/31
26. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 3.2.2. Điểm rơi trong đánh giá từ trung bình nhân sang trung bình cộng Ví dụ 31: Cho 0,, ≥cba và 1= cba .Tìm giá trị lớn nhất của 333 accbbaS +++= Phân tích:  Sai lầm thường gặp: ( ) 3 2 1.1.33 ≤+=+ ba baba Tương tự: 3 23 ≤+ cb cb và 3 23 ≤+ ac ac Từ đó suy ra: ( ) 3 8 max 3 8 3 62 =⇒= + ≤ S cba S  Nguyên nhân sai lầm: max S= 2 3 1 1 1 3 8 =⇒      =+ =+ =+ ⇔ cba ac cb ba mâu thuẫn với giả thiết 1= cba . Tìm lời giải đúng: Vì S là một biểu thức đối xứng với a, b, c nên MaxS đạt tại: 3 1 1 ===⇔    = == cba cba cba Khi đó ta có 3 2 =+=+=+ accbba Lời giải đúng: Áp dụng bất đẳng thức Cauchy ta có: ( ) 3 3 4 . 4 9 3 2 . 3 2 .. 4 9 3333 ≤+=+ ba baba Tương tự ta có: ( ) 3 3 4 . 4 9 3 2 . 3 2 .. 4 9 3333 ≤+=+ cb cbcb ( ) 3 3 4 . 4 9 3 2 . 3 2 .. 4 9 3333 ≤+=+ ca caca Từ đó suy ra ( ) 33 18 3 4.2 . 4 9 = + ≤ cba S . Dấu “=” xảy ra khi 3 1 === cba Vậy MaxS= 3 1 183 ===⇔ cba Ví dụ 32: Cho 0,, ≥cba thỏa mãn a+b+c=1. Chứng minh rằng 6≤+++ accbba Phân tích: Do vế trái của biểu thức cần chứng minh là một biểu thức đối xứng với a,b,c nên dấu “=” xảy ra khi 3 1 === cba .Khi đó ta có: 3 2 =+=+=+ accbba . Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 26/31
27. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 Lời giải: Từ đó ta có : ( ) 2 3 2 . 2 3 3 2 .. 2 3 ≤+=+ ba baba Tương tự: ( ) 2 3 2 . 2 3 3 2 .. 2 3 ≤+=+ cb cbcb ( ) 2 3 2 . 2 3 3 2 .. 2 3 ≤+=+ ac acac suy ra ( ) 6 2 2.2 . 2 3 = + ≤+ cba accbba Dấu “=” xảy ra khi 3 1 === cba 3.3. KỸ THUẬT ĐỒNG BẬC TRONG BẤT ĐẲNG THỨC CAUCHY Ví dụ 33: Chứng minh rằng: 0,, 222 ≥∀≥ cbacba a c c b b a Phân tích: Do cả hai vế là các biểu thức bậc 1 nên biểu thức cộng thêm cũng phải có bậc 1 Lại có ab b a b b a Cosi 2..2 22 =≥+ cũng là biểu thức bậc 1, từ đó ta có lời giải sau: Lời giải: Áp dụng bất đẳng thức Cauchy ta có: ab b a b b a Cosi 2..2 22 =≥+ Tương tự ta có: bc c b c c b Cosi 2..2 22 =≥+ và ca a c a a c Cosi 2..2 22 =≥+ Cộng các bất đẳng thức trên vế với vế ta được: cbaa a c c c b b b a 222 222 ++≥+ hay cba a c c b b a ≥ 222 .Dấu “=” xảy ra khi a=b=c Ví dụ 34: Cho 0,, >cba và 1222 = cba . Chứng minh rằng: 3 1 222 333 ≥ + + + + + ba c ac b cb a Phân tích: Vì vế trái là một biểu thức có bậc 2 nên ta sử dụng giả thiết 1222 = cba để đưa bất đẳng thức đã cho thành bất đẳng thức đồng bậc 2: Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 27/31
28. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 3222 222333 cba ba c ac b cb a ≥ + + + + + . Khi đó biểu thức cộng thêm cũng phải là một biểu thức bậc 2. Lời giải: Áp dụng bất dẳng thức Cauchy ta có: ( ) ( ) 2 33 62.. 2 9 22 2 9 acba cb a cba cb a =+ + ≥ + Tương tự ta có: ( ) ( ) 2 33 62.. 2 9 22 2 9 bacb ac b acb ac b =+ + ≥ + ( ) ( ) 2 33 62.. 2 9 22 2 9 cbac ba c bac ba c =+ + ≥ + Cộng các bất đẳng thức trên vế với vế ta được: ( ) ( ) ( ) ( )acbcabcbacbaacbcab ba c ac b cb a +≥≥+      + + + + + .336.3 222 9 222222 333 Do ( ) ( )acbcabcba ≥ .222 .Suy ra: ( )222 333 3 222 9 cba ba c ac b cb a ≥      + + + + + Hay 3 1 3222 222333 = ≥      + + + + + cba ba c ac b cb a Dấu “=” xảy ra khi 3 1 === cba Một số ví dụ có cách giải tương tự Ví dụ 35: Cho a,b,c là các số dương.Chứng minh rằng: a) 2 222 cba ba c ac b cb a ≥ + + + + + b) a c c b b a a c c b b a 222 2 3 2 3 2 3 ≥ Ví dụ 36: Cho 2 3 0 ≤≤ a .Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức a aA 9 += Ví dụ 37: Cho 2≥a . Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức 2 1 a aS += Ví dụ 38: Cho 0, >ba và 1≤+ ba .Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức ab abS 1 += Ví dụ 39:Cho 0,, >cba và 2 3 ≤ cba .Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức: cba cbaS 111 += Ví dụ 40: Cho Cho 0,, >cba và 2 3 ≤++ cba .Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức: Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 28/31
29. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 2 2 2 2 2 2 111 a c c b b aS += III. KẾT LUẬN Như vậy, ngoài việc áp dụng trực tiếp bất đẳng thức Cauchy thì một số lượng lớn các bài toán cần phải áp dụng bất đẳng thức dưới những biến dạng và những kỹ thuật khác nhau. Các kỹ thuật này đã làm cho việc áp dụng bất đẳng thức Cauchy trở lên phong phú và đa dạng hơn nhiều. Nó cũng giúp giải quyết các bài toán một cách nhanh chóng và hiệu quả hơn. Đứng trước một bài toán, đặc biệt là bài toán sử dụng bất đẳng thức Cauchy mặc dù lượng kiến thức phải sử dụng là không nhiều song lại yêu cầu óc quan sát, linh cảm tinh tế và sức sáng tạo rồi rào để có những nhận dạng một cách chính xác và có những biến đổi hợp lý trước khi áp dụng bất đẳng thức Cauchy. Với cùng một bài học nhưng mỗi giáo viên có một phương pháp tiếp cận,một phương pháp giảng dạy khác nhau điều đó tùy thuộc vào mức độ nhận thức của học sinh. Với cùng một chuyên đề nhưng khi trình độ của học sinh không giống nhau thì phương pháp giảng dạy cũng không thể như nhau.Vì vậy người giáo viên càn phải tìm được một phương pháp dạy, một cách tiếp cận vấn đề sao cho phù hợp với đối tượng học sinh của mình nhất. Trên đây là một chuyên đề nhỏ mà bản thân tôi thấy rất càn thiết trong quá trình bồi dưỡng học sinh giỏi,hy vọng chuyên đề này sẽ góp phần nang cao chất lượng học sinh giỏi của bản thân tôi và các bạn đồng nghiệp trong thời gian tới. Rất mong sự đóng góp ý kiến của cá đồng nghiệp. Xin chân thành cảm ơn! Vĩnh tường, ngày 01 tháng 3 năm 2014 Người viết Phùng Văn Long Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 29/31
30. dưỡng HSG Toán Năm học 2013-2014 IV.TÀI LIỆU THAM KHẢO. [1]. Trần Phương “Những viên kim cương trong bất đẳng thức toán học.”NXB Tri Thức-Năm 2009 [2].Nguyễn Đức Tấn “Chuyên đề bất đẳng thức và ứng dụng trong đại số”-NXB Giáo Dục-Năm 2003 [3].Nguyễn Đễ-Nguyễn Hoàng Lâm “Các bài toán bất đẳng thức hay và khó”-NXB Giáo Dục-Năm 2001 [4].Nguyễn Vũ Thanh “263 bài toán bất đẳng thức chọn lọc”-NXB Đại Học Quốc Gia TPHCM-Năm 2000 [5].Nguyễn Kim Hùng “Sáng tạo bất đẳng thức”-NXB Hà Nội –Năm 2010 [6].Trần Tuấn Anh “Các phương pháp chứng minh bất đẳng thức”-NXB Tổng hợp TPHCM-Năm 2006 [7].Phan Huy Khải “10.000 bài toán sơ cấp- bất dẳng thức”-NXB Hà Nội-Năm 2001 [8].Phan Huy Khải “Chuyên đề bất đẳng thức chọn lọc cho học sinh phổ thông cơ sở”- NXB Giáo dục- 1998 [9].Nguyễn Văn Quí-Nguyễn Tiến Dũng-Nguyễn Việt Hà “Các dạng Toán về bất đẳng thức, giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhấ...”-NXB Đà Nẵng-1998 [10].Titu Andresscu, Vasile Cirtoaje, Gabriel Dospinescu, Mircea Lascu “Old and New Inequality”- Gil publishing House [11] Old and new inequaliti.-internet Phùng Văn Long-THCS Vĩnh Tường Trang 30/31

Các bài tập nâng cao toán thi vào 10 cauchy

Bài Viết Liên Quan

Quảng Cáo

Có thể bạn quan tâm

Toplist được quan tâm

Quảng cáo

Xem Nhiều

Quảng cáo

Chúng tôi

Điều khoản

Trợ giúp

Mạng xã hội