Bài 42: Cho đa thức $f(x)=ax^3+bx^2+cx+d$ với $a,b,c,d$ thuộc $R$ thỏa mãn $f(x)\leqslant 1$ với mọi x thuộc R và $|x|\leqslant 1$. Chứng minh với mọi x thuộc R và $|x|\leqslant 1$ ta có $|dx^3+cx^2+bx+a|\leqslant 4$.
Lời giải :
Đặt $f^{*}(x)=dx^3+cx^2+bx+a$ thì ta có mối liên hệ sau đây :
$$f^{*}(x)=x^3f\left ( \dfrac{1}{x} \right )$$
Bây giờ ta sẽ chứng minh :
$$\left | f^{*}(x) \right |\leq Q^{*}(x),\;\forall x\in \left [ -1,1 \right ]$$
Trong đó $Q(x)=4x^3-3x$ và $Q^{*}(x)=x^3Q\left ( \dfrac{1}{x} \right )$
Với mọi $x$ thuộc đoạn từ $-1$ đến $1$ :
Ap dụng công thức nội suy Lagarange cho bốn mốc $\left ( a_0,a_1,a_2,a_3 \right )=(1,1/2,-1/2,-1)$ :
$$f(x)=\sum_{k=0}^{3}f(a_k).\prod_{i\neq k}\dfrac{(x-a_i)}{(a_k-a_i)}$$
Từ đó ta có :
$$\left | f(x) \right |\leq \sum_{k=0}^{3}\left | f(a_k) \right |.\left | \prod_{i\neq k}\frac{x-a_i}{a_k-a_i} \right |\leq \sum_{k=0}^{3}\left | \prod_{i\neq k} \frac{x-a_i}{a_k-a_i}\right |$$
Kéo theo :
$$\left | f^{*}(x) \right |=\left | x^3f\left ( \dfrac{1}{x} \right ) \right |\leq \sum_{k=0}^{3}\left | \prod_{i\neq k}\dfrac{1-xa_i}{a_k-a_i} \right |=\sum_{k=0}^{3}.(-1)^k.\prod_{i\neq k}\frac{1-xa_i}{a_k-a_i}$$
Lại áp dụng công thức nội suy Lagarange cho bốn mốc $\left ( a_0,a_1,a_2,a_3 \right )=(1,1/2,-1/2,-1)$ cho $Q(x)$ và chú ý $Q(a_k)=(-1)^k$
$$Q(x)=\sum_{k=0}^{3}Q(a_k).\prod_{i\neq k}\frac{x-a_i}{a_k-a_i}=\sum_{k=0}^{3}(-1)^k.\prod_{i\neq k}\frac{x-a_i}{a_k-a_i}\Rightarrow Q^{*}(x)=\sum_{k=0}^{3}(-1)^k.\prod_{i\neq k}\frac{1-xa_i}{a_k-a_i}$$
So sánh hai kết quả trên ta được :
$$\left | dx^3+cx^2+bx+a \right |=\left | f^{*}(x) \right |\leq Q^*(x),\;\forall x\in \left [ -1,1 \right ]$$
Vậy ta chỉ cần chỉ ra :
$$Q^{*}(x)\leq 4 ,\;\forall x\in \left [ -1,1 \right ]$$
Thực vậy, ta có :
$$Q(x)=4x\left ( x-\dfrac{\sqrt{3}}{2} \right )\left ( x+\dfrac{\sqrt{3}}{2} \right )$$
Kéo theo :
$$Q^{*}(x)=4\left ( 1-\frac{\sqrt{3}}{2}x \right )\left ( 1+\frac{\sqrt{3}}{2}x \right )=4\left ( 1-\dfrac{3x^2}{4} \right )\leq 4,\;\forall x\in \left [ -1,1 \right ]$$
Vậy ta có điều phải chứng minh.
Bài viết đã được chỉnh sửa nội dung bởi Juliel: 03-12-2014 - 20:34