$$\color{orange}{\begin{array}{||} \hline \boxed{\text{Bài toán}} \; \text{cho} a;b;x;y \geq 0 \text{và} x+y=1 \\ \text{Chứng minh:} ax+by \geq a^xb^y \\ \hline \end{array}}$$
Lời giải.
Có thể giải theo cách này cũng được.
Đặt $x=\frac{m}{n},\, y=\frac{p}{q}$ với $m,n,p,q\in \mathbb{N}$ và $n>m, q>p$ thỏa mãn $\frac{m}{n}+\frac{p}{q}=1\Leftrightarrow mq+np=nq$
Bất đẳng thức tương đương với: $$\frac{am}{n}+\frac{bp}{q}\geq\sqrt[n]{a^m}\, \sqrt[q]{b^p}$$
$$amq+bpn\geq nq \sqrt[n]{a^m}\, \sqrt[q]{b^p}=\left ( mq+np \right )\sqrt[n]{a^m}\, \sqrt[q]{b^p}$$
Đến đây áp dụng BĐT AM-GM:
$$amq+bpn=\underbrace{a+a+...+a}_{\text{mq số a}}+\underbrace{b+b+...+b}_{\text{np số b}}\geq \left ( mq+np \right )\sqrt[mq+np]{a^{mq}b^{np}}$$
$$=\left ( mq+np \right )\sqrt[nq]{a^{mq}b^{np}}=\left ( mq+np \right ) \sqrt[n]{a^m}\, \sqrt[q]{b^p}$$