Bài tập Đại số 9 - Chuyên đề: Bất đẳng thức
A.MỤC TIÊU:
1-Học sinh nắm vững một số phương pháp chứng minh bất ñẳng thức.
2-Một số phương pháp và bài toán liên quan ñến phương trình bậc hai sử dụng công
thức nghiệm sẽ cho học sinh học sau.
3-Rèn kỹ năng và pp chứng minh bất ñẳng thức.
B- NỘI DUNG
PHẦN 1 : CÁC KIẾN THỨC CẦN LƯU Ý
1- ðịnh nghĩa
2- Tính chất
3-Một số hằng bất ñẳng thức hay dùng
Phần 2:một số phương phápchứng minh bấtđẳng thức
1-Phương pháp dùng định nghĩa
2- Phương pháp dùng biến đổi tương đương
3- Phương pháp dùng bất đẳng thức quen thuộc
4- Phương pháp sử dụng tính chất bắc cầu
5- Phương pháp dùng tính chất tỉ số
6- Phương pháp làm trội
7- Phương pháp dùng bất đẳng thức trong tam giác
8- Phương pháp đổi biến số
9- Phương pháp dùng tam thức bậc hai
10- Phương pháp quy nạp
11- Phương pháp phản chứng
Phần 3 :các bài tập nâng cao
PHầN 4 : ứng dụng của bất đẳng thức
1- Dùng bất đẳng thức để tìm cực trị
2-Dùng bất đẳng thức để giải phương trình và bất phương trình
3-Dùng bất đẳng thức giải phương trình nghiệm nguyên
1 Chuyờn ủề: BẤT ðẲNG THỨC A.MỤC TIấU: 1-Học sinh nắm vững một số phương phỏp chứng minh bất ủẳng thức. 2-Một số phương phỏp và bài toỏn liờn quan ủến phương trỡnh bậc hai sử dụng cụng thức nghiệm sẽ cho học sinh học sau. 3-Rốn kỹ năng và pp chứng minh bất ủẳng thức. B- NỘI DUNG PHẦN 1 : CÁC KIẾN THỨC CẦN LƯU í 1- ðịnh nghĩa 2- Tớnh chất 3-Một số hằng bất ủẳng thức hay dựng Phần 2:một số ph−ơng phápchứng minh bấtđẳng thức 1-Ph−ơng pháp dùng định nghĩa 2- Ph−ơng pháp dùng biến đổi t−ơng đ−ơng 3- Ph−ơng pháp dùng bất đẳng thức quen thuộc 4- Ph−ơng pháp sử dụng tính chất bắc cầu 5- Ph−ơng pháp dùng tính chất tỉ số 6- Ph−ơng pháp làm trội 7- Ph−ơng pháp dùng bất đẳng thức trong tam giác 8- Ph−ơng pháp đổi biến số 9- Ph−ơng pháp dùng tam thức bậc hai 10- Ph−ơng pháp quy nạp 11- Ph−ơng pháp phản chứng Phần 3 :các bài tập nâng cao PHầN 4 : ứng dụng của bất đẳng thức 1- Dùng bất đẳng thức để tìm cực trị 2-Dùng bất đẳng thức để giải ph−ơng trình và bất ph−ơng trình 3-Dùng bất đẳng thức giải ph−ơng trình nghiệm nguyên Phần I : các kiến thức cần l−u ý 2 1-Đinhnghĩa 0 0 A B A B A B A B ≥ ⇔ − ≥ ≤ ⇔ − ≤ 2-tính chất + A>B AB <⇔ + A>B và B >C CA >⇔ + A>B ⇒A+C >B + C + A>B và C > D ⇒ A+C > B + D + A>B và C > 0 ⇒ A.C > B.C + A>B và C < 0 ⇒ A.C < B.C + 0 < A < B và 0 < C <D ⇒ 0 < A.C < B.D + A > B > 0 ⇒ A n > B n n∀ + A > B ⇒ A n > B n với n lẻ + A > B ⇒ A n > B n với n chẵn + m > n > 0 và A > 1 ⇒ A m > A n + m > n > 0 và 0 <A < 1 ⇒ A m < A n +A 0 ⇒ BA 11 > 3-một số hằng bất đẳng thức + A 2 ≥ 0 với ∀ A ( dấu = xảy ra khi A = 0 ) + An ≥ 0 với∀ A ( dấu = xảy ra khi A = 0 ) + 0≥A với A∀ (dấu = xảy ra khi A = 0 ) + - A < A < A + A B A B+ ≥ + ( dấu = xảy ra khi A.B > 0) + BABA −≤− ( dấu = xảy ra khi A.B < 0) Phần II : một số ph−ơng pháp chứng minh bất đẳng thức Ph−ơng pháp 1 : dùng định nghĩa Kiến thức : Để chứng minh A > B Ta chứng minh A –B > 0 L−u ý dùng hằng bất đẳng thức M 2 ≥ 0 với∀ M Ví dụ 1 ∀ x, y, z chứng minh rằng : 3 a) x 2 + y 2 + z 2 ≥ xy+ yz + zx b) x 2 + y 2 + z 2 ≥ 2xy – 2xz + 2yz c) x 2 + y 2 + z 2 +3 ≥ 2 (x + y + z) Giải: a) Ta xét hiệu x 2 + y 2 + z 2 - xy – yz - zx = 2 1 .2 .( x 2 + y 2 + z 2 - xy – yz – zx) = 2 1 [ ] 0)()()( 222 ≥−+−+− zyzxyx đúng với mọi x;y;z R∈ Vì (x-y)2 ≥ 0 với∀x ; y Dấu bằng xảy ra khi x=y (x-z)2 ≥ 0 với∀x ; z Dấu bằng xảy ra khi x=z (y-z)2 ≥ 0 với∀ z; y Dấu bằng xảy ra khi z=y Vậy x 2 + y 2 + z 2 ≥ xy+ yz + zx Dấu bằng xảy ra khi x = y =z b)Ta xét hiệu x 2 + y 2 + z 2 - ( 2xy – 2xz +2yz ) = x 2 + y 2 + z 2 - 2xy +2xz –2yz =( x – y + z) 2 0≥ đúng với mọi x;y;z R∈ Vậy x 2 + y 2 + z 2 ≥ 2xy – 2xz + 2yz đúng với mọi x;y;z R∈ Dấu bằng xảy ra khi x+y=z c) Ta xét hiệu x 2 + y 2 + z 2 +3 – 2( x+ y +z ) = x 2 - 2x + 1 + y 2 -2y +1 + z 2 -2z +1 = (x-1) 2+ (y-1) 2+(z-1) 2 ≥ 0 Dấu(=)xảy ra khi x=y=z=1 Ví dụ 2: chứng minh rằng : a) 222 22 +≥+ baba ;b) 2222 33 ++≥++ cbacba c) H`y tổng quát bài toán giải a) Ta xét hiệu 222 22 + − + baba = ( ) 4 2 4 2 2222 bababa ++ − + = ( )abbaba 222 4 1 2222 −−−+ = ( ) 0 4 1 2 ≥− ba 4 Vậy 222 22 +≥+ baba Dấu bằng xảy ra khi a=b b)Ta xét hiệu 2222 33 ++ − ++ cbacba = ( ) ( ) ( )[ ] 0 9 1 222 ≥−+−+− accbba Vậy 2222 33 ++≥++ cbacba Dấu bằng xảy ra khi a = b =c c)Tổng quát 2 21 22 2 2 1 ........ +++≥ +++ n aaa n aaa nn Tóm lại các b−ớc để chứng minh A≥ B tho định nghĩa B−ớc 1: Ta xét hiệu H = A - B B−ớc 2:Biến đổi H=(C+D) 2 hoặc H=(C+D) 2 + .+(E+F) 2 B−ớc 3:Kết luận A ≥ B Ví dụ:(chuyên Nga- Pháp 98-99) Chứng minh ∀m,n,p,q ta đều có m 2 + n 2 + p 2 + q 2 +1≥ m(n+p+q+1) Giải: 01 4444 2 2 2 2 2 2 2 ≥ +−+ +−+ +−+ +−⇔ m mqmqmpmpmnmnm 01 2222 2222 ≥ −+ −+ −+ −⇔ mqmpmnm (luôn đúng) Dấu bằng xảy ra khi =− =− =− =− 01 2 0 2 0 2 0 2 m qm pm n m ⇔ = = = = 2 2 2 2 m mq mp m n ⇔ === = 1 2 qpn m ph−ơng pháp 2 : Dùng phép biến đổi t−ơng đ−ơng L−u ý: 5 Ta biến đổi bất đẳng thức cần chứng minh t−ơng đ−ơng với bất đẳng thức đúng hoặc bất đẳng thức đ` đ−ợc chứng minh là đúng. Chú ý các hằng đẳng thức sau: ( ) 222 2 BABABA ++=+ ( ) BCACABCBACBA 2222222 +++++=++ ( ) 32233 33 BABBAABA +++=+ Ví dụ 1: Cho a, b, c, d,e là các số thực chứng minh rằng a) abba ≥+ 4 2 2 b) baabba ++≥++ 122 c) ( )edcbaedcba +++≥++++ 22222 Giải: a) abba ≥+ 4 2 2 abba 44 22 ≥+⇔ 044 22 ≥+−⇔ baa ( ) 02 2 ≥−⇔ ba (bất đẳng thức này luôn đúng) Vậy abba ≥+ 4 2 2 (dấu bằng xảy ra khi 2a=b) b) baabba ++≥++ 122 ) )(21(2 22 baabba ++>++⇔ 012122 2222 ≥+−++−++−⇔ bbaababa 0)1()1()( 222 ≥−+−+−⇔ baba Bất đẳng thức cuối đúng. Vậy baabba ++≥++ 122 Dấu bằng xảy ra khi a=b=1 c) ( )edcbaedcba +++≥++++ 22222 ⇔ ( ) ( )edcbaedcba +++≥++++ 44 22222 ⇔ ( ) ( ) ( ) ( ) 044444444 22222222 ≥+−++−++−++− cacadadacacababa ⇔ ( ) ( ) ( ) ( ) 02222 2222 ≥−+−+−+− cadacaba Bất đẳng thức đúng vậy ta có điều phải chứng minh Ví dụ 2: Chứng minh rằng: ( )( ) ( )( )4488221010 babababa ++≥++ Giải: ( )( ) ( )( )4488221010 babababa ++≥++ ⇔ 128448121210221012 bbabaabbabaa +++≥+++ ⇔ ( ) ( ) 022822228 ≥−+− abbababa ⇔ a2b2(a2-b2)(a6-b6)≥ 0 ⇔ a2b2(a2-b2)2(a4+ a2b2+b4) ≥ 0 Bất đẳng thứccuối đúng vậy ta có điều phải chứng minh Ví dụ 3: cho x.y =1 và x.y 6 Chứng minh yx yx − + 22 ≥ 22 Giải: yx yx − + 22 ≥ 22 vì :x 〉 y nên x- y 〉 0 ⇒x2+y2 ≥ 22 ( x-y) ⇒ x2+y2- 22 x+ 22 y ≥ 0 ⇔ x2+y2+2- 22 x+ 22 y -2 ≥ 0 ⇔ x2+y2+( 2 )2- 22 x+ 22 y -2xy ≥ 0 vì x.y=1 nên 2.x.y=2 ⇒ (x-y- 2 )2 ≥ 0 Điều này luôn luôn đúng . Vậy ta có điều phải chứng minh Ví dụ 4: 1)CM: P(x,y)= 01269 222 ≥+−−+ yxyyyx Ryx ∈∀ , 2)CM: cbacba ++≤++ 222 (gợi ý :bình ph−ơng 2 vế) 3)choba số thực khác không x, y, z thỏa m`n: ++<++ = zyx zyx zyx 111 1.. Chứng minh rằng :có đúng một trong ba số x,y,z lớn hơn 1 (đề thi Lam Sơn 96-97) Giải: Xét (x-1)(y-1)(z-1)=xyz+(xy+yz+zx)+x+y+z-1 =(xyz-1)+(x+y+z)-xyz( zyx 111 ++ )=x+y+z - ( 0)111 >++ zyx (vì zyx 111 ++ < x+y+z theo gt) →2 trong 3 số x-1 , y-1 , z-1 âm hoặc cả ba sỗ-1 , y-1, z-1 là d−ơng. Nếủ tr−ờng hợp sau xảy ra thì x, y, z >1 →x.y.z>1 Mâu thuẫn gt x.y.z=1 bắt buộc phải xảy ra tr−ờng hợp trên tức là có đúng 1 trong ba số x ,y ,z là số lớn hơn 1 Ph−ơng pháp 3: dùng bất đẳng thức quen thuộc A/ một số bất đẳng thức hay dùng 1) Các bất đẳng thức phụ: a) xyyx 222 ≥+ b) xyyx ≥+ 22 dấu( = ) khi x = y = 0 c) ( ) xyyx 42 ≥+ d) 2≥+ a b b a 2)Bất đẳng thức Cô sy: n n n aaaa n aaaa .... .... 321 321 ≥ ++++ Với 0>ia 3)Bất đẳng thức Bunhiacopski ( )( ) ( )222112222122222 ............. nnnn xaxaxaxxaaa +++≥++++++ 4) Bất đẳng thức Trê- b−-sép: 7 Nếu ≤≤ ≤≤ CBA cba ⇒ 3 . 33 CBAcbacCbBaA ++++≥++ Nếu ≥≥ ≤≤ CBA cba ⇒ 3 . 33 CBAcbacCbBaA ++++≤++ Dấu bằng xảy ra khi == == CBA cba b/ các ví dụ ví dụ 1 Cho a, b ,c là các số không âm chứng minh rằng (a+b)(b+c)(c+a)≥ 8abc Giải: Cách 1:Dùng bất đẳng thức phụ: ( ) xyyx 42 ≥+ Tacó ( ) abba 42 ≥+ ; ( ) bccb 42 ≥+ ; ( ) acac 42 ≥+ ⇒ ( )2ba + ( )2cb + ( )2ac + ≥ ( )2222 864 abccba = ⇒ (a+b)(b+c)(c+a)≥ 8abc Dấu “=” xảy ra khi a = b = c ví dụ 2(tự giải): 1)Cho a,b,c>0 và a+b+c=1 CMR: 9111 ≥++ cba (403-1001) 2)Cho x,y,z>0 và x+y+z=1 CMR:x+2y+z )1)(1)(1(4 zyx −−−≥ 3)Cho a>0 , b>0, c>0 CMR: 2 3≥ + + + + + ba c ac b cb a 4)Cho x 0≥ ,y 0≥ thỏa m`n 12 =− yx ;CMR: x+y 5 1≥ ví dụ 3: Cho a>b>c>0 và 1222 =++ cba chứng minh rằng 3 3 3 1 2 a b c b c a c a b + + ≥ + + + Giải: Do a,b,c đối xứng ,giả sử a≥ b ≥ c ⇒ + ≥ + ≥ + ≥≥ ba c ca b cb a cba 222 áp dụng BĐT Trê- b−-sép ta có + + + + + ++≥ + + + + + ba c ca b cb acba ba c c ca bb cb a a . 3 ... 222 222 = 2 3 . 3 1 = 2 1 Vậy 2 1333 ≥ + + + + + ba c ca b cb a Dấu bằng xảy ra khi a=b=c= 3 1 ví dụ 4: Cho a,b,c,d>0 và abcd =1 .Chứng minh rằng : ( ) ( ) ( ) 102222 ≥+++++++++ acddcbcbadcba Giải: 8 Ta có abba 222 ≥+ cddc 222 ≥+ Do abcd =1 nên cd = ab 1 (dùng 2 11 ≥+ x x ) Ta có 4)1(2)(2222 ≥+=+≥++ ab abcdabcba (1) Mặt khác: ( ) ( ) ( )acddcbcba +++++ =(ab+cd)+(ac+bd)+(bc+ad) = 222111 ++≥ ++ ++ + bc bc ac ac ab ab Vậy ( ) ( ) ( ) 102222 ≥+++++++++ acddcbcbadcba ví dụ 5: Cho 4 số a,b,c,d bất kỳ chứng minh rằng: 222222 )()( dcbadbca +++≤+++ Giải: Dùng bất đẳng thức Bunhiacopski tacó ac+bd≤ 2222 . dcba ++ mà ( ) ( ) ( ) 222222 2 dcbdacbadbca +++++=+++ ( ) 22222222 .2 dcdcbaba ++++++≤ ⇒ 222222 )()( dcbadbca +++≤+++ ví dụ 6: Chứng minh rằng acbcabcba ++≥++ 222 Giải: Dùng bất đẳng thức Bunhiacopski Cách 1: Xét cặp số (1,1,1) và (a,b,c) ta có ( ) ( )2222222 .1.1.1)(111 cbacba ++≥++++ ⇒ 3 ( ) ( )acbcabcbacba +++++≥++ 2222222 ⇒ acbcabcba ++≥++ 222 Điều phải chứng minh Dấu bằng xảy ra khi a=b=c Ph−ơng pháp 4: Sử dụng tính chất bắc cầu L−u ý: A>B và b>c thì A>c 0< x <1 thì x 2 <x ví dụ 1: Cho a, b, c ,d >0 thỏa m`n a> c+d , b>c+d Chứng minh rằng ab >ad+bc Giải: Tacó +> +> dcb dca ⇒ >>− >>− 0 0 cdb dca ⇒ (a-c)(b-d) > cd ⇔ ab-ad-bc+cd >cd 9 ⇔ ab> ad+bc (điều phải chứng minh) ví dụ 2: Cho a,b,c>0 thỏa m`n 3 5222 =++ cba Chứng minh abccba 1111 <++ Giải: Ta có :( a+b- c)2= a2+b2+c2+2( ab –ac – bc) 〉 0 ⇒ ac+bc-ab 〈 2 1 ( a2+b2+c2) ⇒ ac+bc-ab 6 5≤ 〈 1 Chia hai vế cho abc > 0 ta có cba 111 −+ 〈 abc 1 ví dụ 3 Cho 0 1-a-b-c-d Giải: Ta có (1-a).(1-b) = 1-a-b+ab Do a>0 , b>0 nên ab>0 ⇒ (1-a).(1-b) > 1-a-b (1) Do c 0 ta có ⇒ (1-a).(1-b) ( 1-c) > 1-a-b-c ⇒ (1-a).(1-b) ( 1-c).(1-d) > (1-a-b-c) (1-d) =1-a-b-c-d+ad+bd+cd ⇒ (1-a).(1-b) ( 1-c).(1-d) > 1-a-b-c-d (Điều phải chứng minh) ví dụ 4 1- Cho 0 <a,b,c <1 . Chứng minh rằng accbbacba 222333 3222 +++<++ Giải : Do a < 1 ⇒ 12 <a và Ta có ( )( ) 01.1 2 0 ⇒ 1+ 2a 2b > 2a + b mà 0 3a , 2b > 3b Từ (1) và (2) ⇒ 1+ 2a 2b > 3a + 3b Vậy 3a + 3b < 1+ 2a 2b T−ơng tự 3b + 3c cb 21+≤ c 3 + 3a ≤ ac 21+ Cộng các bất đẳng thức ta có : accbbacba 222333 3222 +++≤++ b)Chứng minh rằng : Nếu 19982222 =+=+ dcba thì ac+bd =1998 (Chuyên Anh –98 – 99) Giải: Ta có (ac + bd) 2 + (ad – bc ) 2 = a 2 c 2 + b 2222 2 daabcdd ++ 22cb+ - abcd2 = = a2(c2+d2)+b2(c2+d2) =(c2+d2).( a2+ b2) = 19982 10 rỏ ràng (ac+bd)2 ≤ ( ) ( ) 222 1998=−++ bcadbdac ⇒ 1998≤+ bdac 2-Bài tập : 1, Cho các số thực : a1; a2;a3 .;a2003 thỏa m`n : a1+ a2+a3 + .+a2003 =1 c hứng minh rằng : a 2 1 + 2 2003 2 3 2 2 .... aaa +++ 2003 1≥ ( đề thi vào chuyên nga pháp 2003- 2004Thanh hóa ) 2,Cho a;b;c 0≥ thỏa m`n :a+b+c=1(?) Chứng minh rằng: ( 8)11).(11).(11 ≥−−− cba Ph−ơng pháp 5: dùng tính chấtcủa tỷ số Kiến thức 1) Cho a, b ,c là các số d−ơng thì a – Nếu 1> b a thì cb ca b a + + > b – Nếu 1< b a thì cb ca b a + + < 2)Nếu b,d >0 thì từ d c db ca b a d c b a < + + <⇒< ` ví dụ 1 : Cho a,b,c,d > 0 .Chứng minh rằng 21 < ++ + ++ + ++ + ++ < bad d adc c dcb b cba a Giải : Theo tính chất của tỉ lệ thức ta có dcba da cba a cba a +++ + < ++ ⇒< ++ 1 (1) Mặt khác : dcba a cba a +++ > ++ (2) Từ (1) và (2) ta có dcba a +++ < cba a ++ < dcba da +++ + (3) T−ơng tự ta có dcba ab dcb b dcba b +++ + < ++ < +++ (4) dcba cb adc c dcba c +++ + < ++ < +++ (5) 11 dcba cd bad d dcba d +++ + < ++ < +++ (6) cộng vế với vế của (3); (4); (5); (6) ta có 21 < ++ + ++ + ++ + ++ < bad d adc c dcb b cba a điều phải chứng minh ví dụ 2 : Cho: b a < d c và b,d > 0 .Chứng minh rằng b a < d c db cdab < + + 22 Giải: Từ b a < d c 22 d cd b ab <⇒ ⇒ d c d cd db cdab b ab =< + + < 2222 Vậy b a < d c db cdab < + + 22 điều phải chứng minh ví dụ 3 : Cho a;b;c;dlà các số nguyên d−ơng thỏa m`n : a+b = c+d =1000 tìm giá trị lớn nhất của d b c a + giải : Không mất tính tổng quát ta giả sử : c a d b≤ Từ : c a d b≤ d b dc ba c a ≤ + +≤⇒ 1≤ c a vì a+b = c+d a, Nếu :b 998≤ thì d b 998≤ ⇒ d b c a + ≤ 999 b, Nếu: b=998 thì a=1 ⇒ d b c a + = dc 9991 + Đạt giá trị lớn nhất khi d= 1; c=999 Vậy giá trị lớn nhất của d b c a + =999+ 999 1 khi a=d=1; c=b=999 Ph−ơng pháp 6: Ph−ơng pháplàm trội L−u ý: Dùng các tính bất đẳng thức để đ−a một vế của bất đẳng thức về dạng tính đ−ợc tổng hữu hạn hoặc tích hữu hạn. (*) Ph−ơng pháp chung để tính tổng hữu hạn : S = nuuu +++ ....21 Ta cố gắng biến đổi số hạng tổng quát u k về hiệu của hai số hạng liên tiếp nhau: 1+−= kkk aau Khi đó : S = ( ) ( ) ( ) 1113221 .... ++ −=−++−+− nnn aaaaaaaa (*) Ph−ơng pháp chung về tính tích hữu hạn P = nuuu ....21 Biến đổi các số hạng ku về th−ơng của hai số hạng liên tiếp nhau: ku = 1+k k a a 12 Khi đó P = 1 1 13 2 2 1 ...... ++ = nn n a a a a a a a a Ví dụ 1 : Với mọi số tự nhiên n >1 chứng minh rằng 4 31 .... 2 1 1 1 2 1 < + ++ + + + < nnnn Giải: Ta có nnnkn 2 111 = + > + với k = 1,2,3, ,n-1 Do đó: 2 1 22 1 ... 2 1 2 1 ... 2 1 1 1 ==++>++ + + + n n nnnnn Ví dụ 2 : Chứng minh rằng: ( )1121.... 3 1 2 11 −+>++++ n n Với n là số nguyên Giải : Ta có ( )kk kkkk −+= ++ >= 12 1 2 2 21 Khi cho k chạy từ 1 đến n ta có 1 > 2 ( )12 − ( )232 2 1 −> ( )nn n −+> 121 Cộng từng vế các bất đẳng thức trên ta có ( )1121.... 3 1 2 11 −+>++++ n n Ví dụ 3 : Chứng minh rằng 21 1 2 <∑ = n k k Zn ∈∀ Giải: Ta có ( ) kkkkk 1 1 1 1 11 2 − − = − < Cho k chạy từ 2 đến n ta có 13 11.... 3 1 2 1 1 1 11 ................. 3 1 2 1 3 1 2 11 2 1 222 2 2 2 <+++⇒ − − < −< −< n nnn Vậy 21 1 2 <∑ = n k k Ph−ơng pháp 7: Dùng bất đẳng thức trong tam giác L−u ý: Nếu a;b;clà số đo ba cạnh của tam giác thì : a;b;c> 0 Và |b-c| < a < b+c ; |a-c| < b < a+c ; |a-b| < c < b+a Ví dụ1: Cho a;b;clà số đo ba cạnh của tam giác chứng minh rằng a, a2+b2+c2< 2(ab+bc+ac) b, abc>(a+b-c).(b+c-a).(c+a-b) Giải a)Vì a,b,c là số đo 3 cạnh của một tam giác nên ta có +<< +<< +<< bac cab cba 0 0 0 ⇒ +< +< +< )( )( )( 2 2 2 bacc cabb cbaa Cộng từng vế các bất đẳng thức trên ta có a2+b2+c2< 2(ab+bc+ac) b) Ta có a > b-c ⇒ 222 )( cbaa −−> > 0 b > a-c ⇒ 222 )( acbb −−> > 0 c > a-b ⇒ 0)( 222 >−−> bacc Nhân vế các bất đẳng thức ta đ−ợc ( )[ ] ( )[ ] ( )[ ] ( ) ( ) ( ) ( )( )( )bacacbcbaabc bacacbcbacba bacacbcbacba −+−+−+>⇒ −+−+−+>⇒ −−−−−−>⇒ .. 222222 222222222 Ví dụ2: (404 – 1001) 1) Cho a,b,c là chiều dài ba cạnh của tam giác Chứng minh rằng )(2222 cabcabcbacabcab ++<++<++ 14 2) Cho a,b,c là chiều dài ba cạnh của tam giác có chu vi bằng 2 Chứng minh rằng 22222 <+++ abccba Ph−ơng pháp 8: đổi biến số Ví dụ1: Cho a,b,c > 0 Chứng minh rằng 2 3≥ + + + + + ba c ac b cb a (1) Giải : Đặt x=b+c ; y=c+a ;z= a+b ta có a= 2 xzy −+ ; b = 2 yxz −+ ; c = 2 zyx −+ ta có (1) ⇔ z zyx y yxz x xzy 222 −+ + −+ + −+ 2 3≥ ⇔ 3111 ≥−++−++−+ z y z x y z y x x z x y ⇔ ( 6)()() ≥+++++ z y y z z x x z y x x y Bất đẳng thức cuối cùng đúng vì ( ;2≥+ y x x y 2≥+ z x x z ; 2≥+ z y y z nên ta có điều phải chứng minh Ví dụ2: Cho a,b,c > 0 và a+b+c <1 Chứng minh rằng 9 2 1 2 1 2 1 222 ≥+ + + + + abcacbbca (1) Giải: Đặt x = bca 22 + ; y = acb 22 + ; z = abc 22 + Ta có ( ) 12 <++=++ cbazyx (1) 9111 ≥++⇔ zyx Với x+y+z 0 Theo bất đẳng thức Côsi ta có ≥++ zyx 3. 3 xyz ≥++ zyx 111 3. . 3 1 xyz ⇒ ( ) 9111. ≥ ++++ zyx zyx Mà x+y+z < 1 Vậy 9111 ≥++ zyx (đpcm) Ví dụ3: 15 Cho x 0≥ , y 0≥ thỏa m`n 12 =− yx CMR 5 1 ≥+ yx Gợi ý: Đặt ux = , vy = ⇒2u-v =1 và S = x+y = 22 vu + ⇒v = 2u-1 thay vào tính S min Bài tập 1) Cho a > 0 , b > 0 , c > 0 CMR: 81625 > + + + + + ba c ac b cb a 2)Tổng quát m, n, p, q, a, b >0 CMR ( ) ( )pnmpnm ba pc ac nb cb ma ++−++≥ + + + + + 2 2 1 Ph−ơng pháp 9: dùng tam thức bậc hai L−u ý : Cho tam thức bậc hai ( ) cbxaxxf ++= 2 Nếu 0 xfa Rx ∈∀ Nếu 0=∆ thì ( ) 0. >xfa a b x −≠∀ Nếu 0>∆ thì ( ) 0. >xfa với 1xx ( 12 xx > ) ( ) 0. <xfa với 21 xxx << Ví dụ1: Chứng minh rằng ( ) 036245, 22 >+−+−+= yxxyyxyxf (1) Giải: Ta có (1) ⇔ ( ) 0365122 22 >+−+−− yyyxx ( ) 36512 22 −+−−=∆′ yyy ( ) 011 365144 2 22 <−−−= −+−+−= y yyyy Vậy ( ) 0, >yxf với mọi x, y Ví dụ2: Chứng minh rằng ( ) ( ) 322242 44.22, xyxxyyxyxyxf >++++= 16 Giải: Bất đẳng thức cần chứng minh t−ơng đ−ơng với ( ) 044.22 322242 >−++++ xyxxyyxyx ( ) 0414.)1( 22222 >+−++⇔ yxyyxy Ta có ( ) ( ) 0161414 2222222 <−=+−−=∆′ yyyyy Vì a = ( ) 01 22 >+y vậy ( ) 0, >yxf (đpcm) Ph−ơng pháp 10: dùng quy nạp toán học Kiến thức: Để chứng minh bất đẳng thức đúng với 0nn > ta thực hiện các b−ớc sau : 1 – Kiểm tra bất đẳng thức đúng với 0nn = 2 - Giả sử BĐT đúng với n =k (thay n =k vào BĐT cần chứng minh đ−ợc gọi là giả thiết quy nạp ) 3- Ta chứng minh bất đẳng thức đúng với n = k +1 (thay n = k+1vào BĐT cần chứng minh rồi biến đổi để dùng giả thiết quy nạp) 4 – kết luận BĐT đúng với mọi 0nn > Ví dụ1: Chứng minh rằng nn 121.... 2 1 1 1 222 − ∈∀ nNn (1) Giải : Với n =2 ta có 2 12 4 11 −<+ (đúng) Vậy BĐT (1) đúng với n =2 Giả sử BĐT (1) đúng với n =k ta phải chứng minh BĐT (1) đúng với n = k+1 Thật vậy khi n =k+1 thì (1) ⇔ 1 12)1( 11 .... 2 1 1 1 2222 + −< + ++++ kkk Theo giả thiết quy nạp ⇔ ( ) 1 12 1 112)1( 11 .... 2 1 1 1 22222 + −< + +−< + ++++ kkkkk ⇔ ( ) kkkk 1 1 1 1 1 )1( 1 .... 1 1 222 <+ + + < + ++ 17 ⇔ 22 )1()2( 1 )1( 11 +<+⇔< + ++ kkk kk k ⇔ k2+2k<k2+2k+1 Điều này đúng .Vậy bất đẳng thức (1)đ−ợc chứng minh Ví dụ2: Cho Nn ∈ và a+b> 0 Chứng minh rằng nba + 2 ≤ 2 nn ba + (1) Giải Ta thấy BĐT (1) đúng với n=1 Giả sử BĐT (1) đúng với n=k ta phải chứng minh BĐT đúng với n=k+1 Thật vậy với n = k+1 ta có (1) ⇔ 1 2 + + kba ≤ 2 11 ++ + kk ba ⇔ 2 . 2 baba k + + ≤ 2 11 ++ + kk ba (2) ⇔ Vế trái (2) ≤ 242 . 2 1111 ++++ +≤+++=++ kkkkkkkk babbaabababa ⇔ 0 42 1111 ≥+++−+ ++++ kkkkkk bbaababa ⇔ ( )( ) 0. ≥−− baba kk (3) Ta chứng minh (3) (+) Giả sử a ≥ b và giả thiết cho a ≥ -b ⇔ a ≥ b ⇔ k kk bba ≥≥ ⇒ ( )( ) 0. ≥−− baba kk (+) Giả sử a < b và theo giả thiết - a<b ⇔ kkk k baba <⇔< ⇔ ( )( ) 0. ≥−− baba kk Vậy BĐT (3)luôn đúng ta có (đpcm) Ph−ơng pháp 11: Chứng minh phản chứng L−u ý: 1) Giả sử phải chứng minh bất đẳng thức nào đó đúng , ta h`y giả sử bất đẳng thức đó sai và kết hợp với các giả thiết để suy ra điều vô lý , điều vô lý có thể là điều trái với giả thiết , có thể là điều trái ng−ợc nhau .Từ đó suy ra bất đẳng thức cần chứng minh là đúng 2) Giả sử ta phải chứng minh luận đề “G ⇒ K” phép toán mệnh đề cho ta : Nh− vậy để phủ định luận đề ta ghép tất cả giả thiết của luận đề với phủ định kết luận của nó . Ta th−ờng dùng 5 hình thức chứng minh phản chứng sau : 18 A - Dùng mệnh đề phản đảo : GK −−−− ⇒ B – Phủ định rôi suy trái giả thiết : C – Phủ định rồi suy trái với điều đúng D – Phủ định rồi suy ra 2 điều trái ng−ợc nhau E – Phủ định rồi suy ra kết luận : Ví dụ 1: Cho ba số a,b,c thỏa m`n a +b+c > 0 , ab+bc+ac > 0 , abc > 0 Chứng minh rằng a > 0 , b > 0 , c > 0 Giải : Giả sử a ≤ 0 thì từ abc > 0 ⇒ a ≠ 0 do đó a < 0 Mà abc > 0 và a < 0 ⇒ cb < 0 Từ ab+bc+ca > 0 ⇒ a(b+c) > -bc > 0 Vì a 0 ⇒ b + c < 0 a 0 Vậy a > 0 t−ơng tự ta có b > 0 , c > 0 Ví dụ 2: Cho 4 số a , b , c ,d thỏa m`n điều kiện ac ≥ 2.(b+d) .Chứng minh rằng có ít nhất một trong các bất đẳng thức sau là sai: ba 42 < , dc 42 < Giải : Giả sử 2 bất đẳng thức : ba 42 < , dc 42 < đều đúng khi đó cộng các vế ta đ−ợc )(422 dbca +<+ (1) Theo giả thiết ta có 4(b+d) ≤ 2ac (2) Từ (1) và (2) ⇒ acca 222 <+ hay ( ) 02 <− ca (vô lý) Vậy trong 2 bất đẳng thức ba 42 < và dc 42 < có ít nhất một các bất đẳng thức sai Ví dụ 3: Cho x,y,z > 0 và xyz = 1. Chứng minh rằng Nếu x+y+z > zyx 111 ++ thì có một trong ba số này lớn hơn 1 Giải : Ta có (x-1).(y-1).(z-1) =xyz – xy- yz + x + y+ z –1 =x + y + z – ( zyx 111 ++ ) vì xyz = 1 theo giả thiết x+y +z > zyx 111 ++ nên (x-1).(y-1).(z-1) > 0 Trong ba số x-1 , y-1 , z-1 chỉ có một số d−ơng Thật vậy nếu cả ba số d−ơng thì x,y,z > 1 ⇒ xyz > 1 (trái giả thiết) Còn nếu 2 trong 3 số đó d−ơng thì (x-1).(y-1).(z-1) < 0 (vô lý) 19 Vậy có một và chỉ một trong ba số x , y,z lớn hơn 1 Phần iii : các bài tập nâng cao 1/dùng định nghĩa 1) Cho abc = 1 và 363 >a . . Chứng minh rằng + 3 2a b2+c2> ab+bc+ac Giải Ta có hiệu: + 3 2a b2+c2- ab- bc – ac = + 4 2a + 12 2a b2+c2- ab- bc – ac = ( + 4 2a b2+c2- ab– ac+ 2bc) + − 12 2a 3bc =( 2 a -b- c)2 + a abca 12 363 − =( 2 a -b- c)2 + a abca 12 363 − >0 (vì abc=1 và a3 > 36 nên a >0 ) Vậy : + 3 2a b2+c2> ab+bc+ac Điều phải chứng minh 2) Chứng minh rằng a) )1.(21 2244 ++−≥+++ zxxyxzyx b) với mọi số thực a , b, c ta có 036245 22 >+−+−+ baabba c) 024222 22 ≥+−+−+ baabba Giải : a) Xét hiệu H = xxzxyxzyx 22221 222244 −−+−+++ = ( ) ( ) ( )22222 1−+−+− xzxyx H ≥ 0 ta có điều phải chứng minh b) Vế trái có thể viết H = ( ) ( ) 1112 22 +−++− bba ⇒ H > 0 ta có điều phải chứng minh c) vế trái có thể viết H = ( ) ( )22 11 −++− bba ⇒ H ≥ 0 ta có điều phải chứng minh Ii / Dùng biến đổi t−ơng đ−ơng 1) Cho x > y và xy =1 .Chứng minh rằng 20 ( ) ( ) 82 222 ≥ − + yx yx Giải : Ta có ( ) ( ) 22 2222 +−=+−=+ yxxyyxyx (vì xy = 1) ⇒ ( ) ( ) ( ) 4.4 24222 +−+−=+ yxyxyx Do đó BĐT cần chứng minh t−ơng đ−ơng với ( ) ( ) ( )224 .844 yxyxyx −≥+−+− ⇔ ( ) ( ) 044 24 ≥+−−− yxyx ⇔ ( )[ ] 02 22 ≥−− yx BĐT cuối đúng nên ta có điều phải chứng minh 2) Cho xy ≥ 1 .Chứng minh rằng xyyx + ≥ + + + 1 2 1 1 1 1 22 Giải : Ta có xyyx + ≥ + + + 1 2 1 1 1 1 22 ⇔ 0 1 1 1 1 1 1 1 1 222 ≥ + − + + + − + xyyyx ⇔ ( )( ) ( )( ) 01.11.1 2 2 2 2 ≥ ++ − + ++ − xyy yxy xyx xxy ⇔ ( )( ) ( )( ) 01.1 )( 1.1 )( 22 ≥++ − + ++ − xyy yxy xyx xyx ⇔ ( ) ( ) ( )( )( ) 01.1.1 1 22 2 ≥ +++ −− xyyx xyxy BĐT cuối này đúng do xy > 1 .Vậy ta có điều phải chứng minh Iii / dùng bất đẳng thức phụ 1) Cho a , b, c là các số thực và a + b +c =1 Chứng minh rằng 3 1222 ≥++ cba Giải : áp dụng BĐT BunhiaCôpski cho 3 số (1,1,1) và (a,b,c) Ta có ( ) ( )( )2222 .111.1.1.1 cbacba ++++≤++ ⇔ ( ) ( )2222 .3 cbacba ++≤++ ⇔ 3 1222 ≥++ cba (vì a+b+c =1 ) (đpcm) 2) Cho a,b,c là các số d−ơng Chứng minh rằng ( ) 9111. ≥ ++++ cba cba (1) 21 Giải : (1) ⇔ 9111 ≥++++++++ a c a c c b a b c a b a ⇔ 93 ≥ ++ ++ ++ b c c b a c c a a b b a áp dụng BĐT phụ 2≥+ x y y x Với x,y > 0 Ta có BĐT cuối cùng luôn đúng Vậy ( ) 9111. ≥ ++++ cba cba (đpcm) Iv / dùng ph−ơng pháp bắc cầu 1) Cho 0 < a, b,c <1 .Chứng minh rằng : accbbacba 222333 3222 +++<++ Giải : Do a <1 ⇒ 2a <1 và b <1 Nên ( )( ) 0101.1 2222 >−−+⇒>−− bababa Hay baba +>+ 221 (1) Mặt khác 0 ; 3bb > ⇒ 3321 baa +>+ Vậy baba 233 1+<+ T−ơng tự ta có acca cbcb 233 233 1 1 +<+ +<+ ⇒ accbbacba 222333 3222 +++<++ (đpcm) 2) So sánh 3111 và 1714 Giải : Ta thấy 1131 < ( )1111 5 55 5632 2 2 2= = < Mặt khác ( )1456 4.14 4 14 142 2 2 16 17= = = < Vởy 3111 < 1714 (đpcm) V/ dùng tính chất tỉ số 1) Cho a ,b ,c ,d > 0 .Chứng minh rằng : 2 3a b b c c d d a a b c b c d c d a d a b + + + + < + + + < + + + + + + + + Giải : Vì a ,b ,c ,d > 0 nên ta có 22 a b a b a b d a b c d a b c a b c d + + + + < < + + + + + + + + (1) b c b c b c a a b c d b c d a b c d + + + + + < < + + + + + + + + (2) d a d a d a c a b c d d a b a b c d + + + + < < + + + + + + + + (3) Cộng các vế của 4 bất đẳng thức trên ta có : 2 3a b b c c d d a a b c b c d c d a d a b + + + + < + + + < + + + + + + + + (đpcm) 2) Cho a ,b,c là số đo ba cạnh tam giác Chứng minh rằng 1 2a b c b c c a a b < + + < + + + Giải : Vì a ,b ,c là số đo ba cạnh của tam giác nên ta có a,b,c > 0 Và a < b +c ; b <a+c ; c < a+b Từ (1) 2a a a a b c a b c a b c + ⇒ < = + + + + + Mặt khác a a b c a b c > + + + Vậy ta có 2a a a a b c b c a b c < < + + + + + T−ơng tự ta có 2b b b a b c a c a b c < < + + + + + 2c c c a b c b a a b c < < + + + + + Cộng từng vế ba bất đẳng thức trên ta có : 1 2a b c b c c a a b < + + < + + + (đpcm) V/ ph−ơng pháp làm trội : 1) Chứng minh BĐT sau : a) 1 1 1 1 ... 1.3 3.5 (2 1).(2 1) 2n n+ + + <− + b) 1 1 11 ... 2 1.2 1.2.3 1.2.3.....n + + + + < Giải : a) Ta có ( ) ( ) ( )2 1 (2 1)1 1 1 1 1 . 2 1 . 2 1 2 (2 1).(2 1) 2 2 1 2 1 k k n n k k k k + − − = = − − + − + − + Cho n chạy từ 1 đến k .Sau đó cộng lại ta có 1 1 1 1 2 1 ... . 1 1.3 3.5 (2 1).(2 1) 2 2 1 2n n n + + + = − < − + + (đpcm) b) Ta có 23 ( ) 1 1 1 1 1 11 ... 1 ..... 1.2 1.2.3 1.2.3..... 1.2 1.2.3 1 .n n n + + + + < + + + + − < 1 1 1 1 1 11 1 .... 2 2 2 2 3 1n n n + − + − + + − < − < − (đpcm) Phần iv : ứng dụng của bất đẳng thức 1/ dùng bất đẳng thức để tìm c−c trị L−u ý - Nếu f(x) ≥ A thì f(x) có giá trị nhỏ nhất là A - Nếu f(x) ≤ B thì f(x) có giá trị lớn nhất là B Ví dụ 1 : Tìm giá trị nhỏ nhất của : T = |x-1| + |x-2| +|x-3| + |x-4| Giải : Ta có |x-1| + |x-4| = |x-1| + |4-x| ≥ |x-1+4-x| = 3 (1) Và 2 3 2 3 2 3 1x x x x x x− + − = − + − ≥ − + − = (2) Vậy T = |x-1| + |x-2| +|x-3| + |x-4| ≥ 1+3 = 4 Ta có từ (1) ⇒ Dấu bằng xảy ra khi 1 4x≤ ≤ (2) ⇒ Dấu bằng xảy ra khi 2 3x≤ ≤ Vậy T có giá trị nhỏ nhất là 4 khi 2 3x≤ ≤ Ví dụ 2 : Tìm giá trị lớn nhất của S = xyz.(x+y).(y+z).(z+x) với x,y,z > 0 và x+y+z =1 Giải : Vì x,y,z > 0 ,áp dụng BĐT Côsi ta có x+ y + z 33 xyz≥ 3 1 1 3 27 xyz xyz⇒ ≤ ⇒ ≤ áp dụng bất đẳng thức Côsi cho x+y ; y+z ; x+z ta có ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )3. . 3 . .x y y z z x x y y z x z+ + + ≥ + + + ( ) ( ) ( )32 3 . .x y y z z x⇒ ≥ + + + Dấu bằng xảy ra khi x=y=z= 1 3 Vậy S ≤ 8 1 8. 27 27 729 = Vậy S có giá trị lớn nhất là 8 729 khi x=y=z= 1 3 Ví dụ 3 : Cho xy+yz+zx = 1 Tìm giá trị nhỏ nhất của 4 4 4x y z+ + Giải : 24 áp dụng BĐT Bunhiacốpski cho 6 số (x,y,z) ;(x,y,z) Ta có ( ) ( )22 2 2 2xy yz zx x y z+ + ≤ + + ( )22 2 21 x y z⇒ ≤ + + (1) Ap dụng BĐT Bunhiacốpski cho ( 2 2 2, ,x y z ) và (1,1,1) Ta có 2 2 2 2 2 2 2 4 4 4 2 2 2 2 4 4 4 ( ) (1 1 1 )( ) ( ) 3( ) x y z x y z x y z x y z + + ≤ + + + + → + + ≤ + + Từ (1) và (2) 4 4 41 3( )x y z⇒ ≤ + + 4 4 4 1 3 x y z⇒ + + ≤ Vậy 4 4 4x y z+ + có giá trị nhỏ nhất là 1 3 khi x=y=z= 3 3 ± Ví dụ 4 : Trong tam giác vuông có cùng cạnh huyền , tam giác vuông nào có diện tích lớn nhất Giải : Gọi cạnh huyền của tam giác là 2a Đ−ờng cao thuộc cạnh huyền là h Hình chiếu các cạnh góc vuông lên cạnh huyền là x,y Ta có S = ( ) 21 . . . . . 2 x y h a h a h a xy+ = = = Vì a không đổi mà x+y = 2a Vậy S lớn nhất khi x.y lớn nhất x y⇔ = Vậy trong các tam giác có cùng cạnh huyền thì tam giác vuông cân có diện tích lớn nhất Ii/ dùng b.đ.t để giải ph−ơng trình và hệ ph−ơng trình Ví dụ 1 : Giải ph−ơng trình sau 2 2 24 3 6 19 5 10 14 4 2x x x x x x+ + + + + = − − Giải :
Tài liệu đính kèm:
- bai_tap_dai_so_9_chuyen_de_bat_dang_thuc.pdf