Cho các số a, b, c, d > 0. Chứng minh:
( a 1 + b 1 + c 1 + d 1 ) ( a + b 1 + b + c 1 + c + d 1 + d + a 1 ) ≥ ≥ 16 Max { 1 + abcd 1 ; ac + bd 1 } ( 1 )
Sử dụng bất đẳng thức AM - GM:
VT ( 1 ) = ( ab 1 + cd 1 ) + [ ab ( c + d ) a + b + cd ( a + b ) c + d ] + + ab ( d + a ) a + b + ab ( b + c ) a + b + cd ( b + c ) c + d + cd ( d + a ) c + d ≥ ≥ abcd 4 + ab ( d + a ) a + b + ab ( b + c ) a + b + cd ( b + c ) c + d + cd ( d + a ) c + d
Tương tự ta có:
VT ( 1 ) ≥ abcd 4 + bc ( a + b ) b + c + bc ( c + d ) b + c + ad ( a + b ) a + d + ad ( c + d ) a + d
Suy ra:
2. VT ( 1 ) ≥ abcd 8 + [ ab ( d + a ) a + b + ad ( a + b ) a + d ] + + [ ab ( b + c ) a + b + bc ( a + b ) b + c ] + [ cd ( b + c ) c + d + bc ( c + d ) b + c ] + + [ cd ( d + a ) c + d + ad ( c + d ) a + d ] ≥ abcd 8 + a bd 2 + b ac 2 + c bd 2 + d ac 2 = abcd 8 + a bd 2 ( a 1 + c 1 ) + ac 2 ( b 1 + d 1 ) ≥ abcd 8 + abcd 4 + abcd 4 = abcd 16 ⇒ VT ( 1 ) ≥ abcd 8
Mặt khác, sử dụng bất đẳng thức AM - GM:
2 1 + abcd ≥ abcd ; 2 ac + bd ≥ abcd ⇒ abcd ≤ 2 Min { 1 + abcd ; ac + bd } ⇒ VT ( 1 ) ≥ Min { 1 + abcd ; ac + bd } 16 = 16 Max { 1 + abcd 1 ; ac + bd 1 } ( đ pcm )
Đẳng thức xảy ra a = b = c = d >0