Các Bất đẳng Thức Phụ Thường Dùng Trong Cm BĐT - 123doc

CÁC BẤT ĐẲNG THỨC PHỤ HAY SỬ DỤNG TRONG CHỨNG MINH BẤT ĐẲNG THỨC CAUCHY: 1.. * Chú ý: A, G, Q, H theo thứ tự là viết tắt của các từ Arithmetic mean trung bình cộng, Geometric mean trung

A CÁC BẤT ĐẲNG THỨC PHỤ THƯỜNG HAY SỬ DỤNG

TRONG CHỨNG MINH BẤT ĐẲNG THỨC

I BỘ 2 SỐ:

1

2 2 2

( )

4 2

(" " )

x y x y

x y

x y

+ +

≤ ≤

= ⇔ =

(Với mọi x, y)

2

2 2 2

2 2 2

3

( )

4

1

(x y)

4

(" " )

x xy y x y

x xy y

x y

+ + ≥ +

− + ≥ +

= ⇔ =

3 2 2 2

1 1 8

( )

(" " )

x y x y

x y

+ ≥

+

= ⇔ =

4

1 1 1 1

( )

4

(" " )

x y x y

x y

≤ +

+

= ⇔ =

5

1 1

(x y)( ) 4

(" " )

x y

x y

+ + ≥

= ⇔ =

6

3 3

4 4 2 2

5 5 2 2

( )

( )

( )

(" " )

x y xy x y

x y xy x y

x y x y x y

x y

+ ≥ +

+ ≥ +

+ ≥ +

= ⇔ =

7 2

(x, y 1," " 1)

x y

xy

x y

+ ≤

≥ = ⇔ = =

8 4

(" " )

ab a b

a b

a b c

+

≤

+

= ⇔ = =

9 Hằng đẳng thức Lagrange:

2 2 2 2 2 2

(a +b c)( +d ) (= ac bd+ ) +(ad bc− )

II BỘ 3 SỐ:

1 ( )2

2 2 2 2 2 2

3

(" " )

a b c

a b c ab bc ca a b c ab bc ca

a b c

+ +

+ + ≥ + + ⇒ + + ≥ ≥ + +

= ⇔ = =

2

2 2 2

3 2( )

(" " )

a b c a b c

a b c

+ + + ≥ + +

= ⇔ = =

3

3 3 3 2 2 2

3 3 3

3 3 3 2 2 2

4 4 4

2 2 2 2 2 2

3

3 ( )( )

( )

( )

(" " )

a b c ab bc ca

a b c abc

a b c abc a b c a b c ab bc ca

a b c abc a b c

a b b c c a abc a b c

a b c

+ + ≥ + +

+ + ≥

+ + − ≥ + + + + − − −

+ + ≥ + +

+ + ≥ + +

= ⇔ = =

4

2 2 2

2 2 2

1 1 1

( , , 0)

(" " )

a b c

a b c bc ac ab

bc ac ab

a b c

a b c

a b c a b c

a b c

b c a b c a

a b c

+ + ≤ + +

+ + ≤ + +

+ + ≤ + + >

= ⇔ = =

5 ( )( ) 9

(" " )

ab bc ca a b c abc

a b c

+ + + + ≥

= ⇔ = =

6

2

(a ) 3( )

(" " )

b c ab bc ca

a b c

+ + ≥ + +

= ⇔ = =

7

1 1 1 1 1

( )

9

(" " )

a b c a b c

a b c

≤ + +

+ +

= ⇔ = =

8 Bất đẳng thức tam giác:

( )( )(c a b)

(" " )

abc a b c b c a

a b c

≥ + − + − + −

= ⇔ = =

III CÁC BẤT ĐẲNG THỨC PHỤ HAY SỬ DỤNG TRONG CHỨNG MINH

BẤT ĐẲNG THỨC CAUCHY:

1 Các đại lượng trung bình của hai số không âm:

• Với hai số không âm a, b Kí hiệu:



2

a b

A= +

là trung bình cộng của hai số a, b.

 G= ab là trung bình nhân của hai số a, b.



2 2

2

a b

Q= + là trung bình toàn phương của hai số a, b.



2

1 1

H

a b

=

+ là trung bình điều hòa của hai số dương a, b

Ta có bất đẳng thức Q ≥ A ≥ G ≥ H.

 Chứng minh:

Từ ( )2

0 2 0

2

a b

a− b ≥ ⇒ −a ab b+ ≥ ⇒ + ≥ ab

hay A ≥ G (1)

( )2 2 2 2 2

0 2 0 2

a b− ≥ ⇒a − ab b+ ≥ ⇒a + ≥b ab

hay ( 2 2) ( )2 2 2

2

2 2

a b a b

a b a b + +

⇒ + ≥ + ⇒ ≥ hay Q ≥ A (2)

Mặt khác

2

1 1 1 1 2 2

0

1 1

ab

a b a b ab

a b

 

− ≥ ⇒ + ≥ ⇒ ≥

 ÷

 ÷

  + hay G ≥ H (3)

Kết hợp (1), (2), (3) ta có Q ≥ A ≥ G ≥ H.

Dấu “=” trong các bất đẳng thức này đều xảy ra khi a = b.

• Mở rộng ra cho n số không âm a a a1, , , ,2 3 a ta cũng có: n

1 2 3 n

a a a a

A

n

+ + + +

= là trung bình cộng của n số a a a1, , , ,2 3 a n

1 2 3

n

n

G= a a a a là trung bình nhân của n số a a a1, , , ,2 3 a n

2 2 2 2

1 2 3 n

a a a a

Q

n

+ + +

= là trung bình toàn phương của n số a a a1, , , ,2 3 a n

1 2 3

1 1 1 1

n

n

H

a a a a

=

+ + + ×××+ là trung bình điều hòa của n số dương a a a1, , , ,2 3 a n

Ta cũng có bất đẳng thức Q ≥ A ≥ G ≥ H.

Dấu “=” xảy ra khi a1=a2 =a3 = = a n .

* Chú ý: A, G, Q, H theo thứ tự là viết tắt của các từ Arithmetic mean (trung bình cộng),

Geometric mean (trung bình nhân), Quadratic mean (trung bình toàn phương) và

Harmonic mean (trung bình điều hòa).

2 Các bất đẳng thức phụ:

n = 2: ∀ x, y ≥ 0 khi đó: n = 3: ∀ x, y, z ≥ 0 khi đó:

2.1

2

x y + ≥ xy 3

3

x y z + + ≥ xyz

2.2 x y + ≥ 2 xy x y z + + ≥ 3 3 xyz

2.3

2

2

x y xy

 

 ÷

 

+ ≥ 3

3

x y z xyz

 

 ÷

 

+ + ≥

2.4 ( )2

4

x y + ≥ xy ( )3

27

x y z + + ≥ xyz

n = 2: ∀ x, y ≥ 0 khi đó: n = 3: ∀ x, y, z ≥ 0 khi đó:

2.5 1 1 4

x y + ≥ x y + 1 1 1 x y z + + ≥ x y z + + 9

2.6

( )2

1 4

xy ≥ x y

+ ( )3

1 4

xyz ≥ x y z

+ +

IV CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG TRONG CHỨNG MINH BẤT ĐẲNG

THỨC CAUCHY:

1 Kỹ thuật ghép đối xứng:

Trong kỹ thuật ghép đối xứng chúng ta cần nắm được một số kiểu thao tác sau:

Phép cộng:

( ) ( ) ( ) ( )

2

2 2 2

x y z x y y z z x

x y y z z x

x y z











+ + = + + + + +

+ + +

+ + = + +

Phép nhân:x y z2 2 2 = ( ) ( ) ( ) xy yz z x ; xyz= xy yz z x x, y, z 0 ( ≥ )

2 Kỹ thuật chọn điểm rơi:

Trong kỹ thuật chọn điểm rơi, việc sử dụng dấu “ = ” trong BĐT Côsi và các quy tắc về tính

đồng thời của dấu “ = ”, quy tắc biên và quy tắc đối xứng sẽ được sử dụng để tìm điểm rơi của biến.

3 Kỹ thuật thêm bớt hằng số.

4 Kỹ thuật tách nghịch đảo + ghép cặp nghịch đảo:

Trong kỹ thuật tách nghịch đảo kỹ thuật cần tách phần nguyên theo mẫu số để khi chuyển

sang TBN thì các phần chứa biến số bị triệt tiêu chỉ còn lại hằng số.

Tuy nhiên trong kỹ thuật tách nghịch đảo đối với bài toán có điều kiện ràng buộc của ẩn thì

việc tách nghịch đảo học sinh thường bị mắc sai lầm Một kỹ thuật thường được sử dụng trong kỹ

thuật tách nghịch đảo, đánh giá từ TBN sang TBC là kỹ thuật chọn điểm rơi.

5 Kỹ thuật đánh giá từ trung bình cộng sang trung bình nhân:

6 Kỹ thuật đánh giá từ trung bình nhân sang trung bình cộng:

Nếu như đánh giá từ TBC sang TBN là đánh giá với dấu “ ≥ ”, đánh giá từ tổng sang tích,

hiểu nôm na là thay dấu “ + ” bằng dấu “ ” thì ngược lại đánh giá từ TBN sang trung bình cộng là

thay dấu “ ” bằng dấu “ + ” Và cũng cần phải chú ý làm sao khi biến tích thành tổng, thì tổng cũng

phải triệt tiêu hết biến, chỉ còn lại hằng số.

7 Kỹ thuật ghép cặp nghịch đảo:

Nội dung cần nắm được các bất đẳng thức sau:

1 (x y z) 1 1 1 9 x y z, , 0

x y z

 

 ÷

 ÷

 

+ + + + ≥ ∀ >

2 ( ) 1 2

2

1 2

1 2

, , , 0

1 1 1

n n

n

x x x

n

x x x x x x ÷

 ÷

  ∀ >

+ + + + + + ≥

8 Kỹ thuật đổi biến số:

9 Kỹ thuật Cauchy ngược dấu:

10 Kỹ thuật cộng mẫu:

Các bất đẳng thức hay dùng:

a)

2

1

1

1

n

n

i

i i i

n

a a

=

=

≥

∑ ∑ (Dấu “=” xảy ra khi a1 =a2 = = a n)

b) 1 1 1 1

( )

4

a b≤ a b+

+

c) 12 12 8 2

( )

x + y ≥ x y

+

11 Kỹ thuật chia tách hạng tử thích hợp:

12 Sử dụng điều kiện đưa bất đẳng thức không đồng bậc về đồng bậc để dụng

các bất đẳng thức cổ điển quen thuộc:

B BẤT ĐẲNG THỨC CAUCHY – SCHWARZ:

1. Với a a1, , , ; , , ,2 a b b n 1 2 b là các số thực tùy ý: n

2 2 2 2 2 2 2

1 1 2 2 1 2 1 2

(a b +a b + + a b n n) ≤(a + + +a a n)(b +b , , )b n (*)

Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi 1 2

1 2

n

n

a

a a

b =b = = b (Quy ước nếu mẫu bằng 0 thì tử

cũng bằng 0)

2. Trong (*), ta chọn i i , i i

i

x

a b y

y

= = , với ,x y i i∈R y, i >0, ta thu được bất đẳng

thức Cauchy – Schwarz dạng phân thức:

Nếu x1, x , , x2 n là các số thực và y1, y , , y2 n là các số thực dương thì:

2 2

2 2

1 2

1 2

1 2 1 2

( x x )

y

n n

n n

x x

x x

y y y y y

+ + +

+ + + ≥

+ + +

Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi 1 2

1 2

n

n

x

x x

y = y = = y

3. Với a a1, , , ; , , ,2 a b b n 1 2 b là các số thực tùy ý: n

2 2 2 2 2 2

1 1 2 2 n n (a1 2 n)( 1 2, , )n

a b +a b + +a b ≤ + + +a a b +b b (*)

Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi 1 2

1 2

n

n

a

a a

b =b = = b (Quy ước nếu mẫu bằng 0 thì tử

cũng bằng 0)