Lời giải bài 82 : Cho $a,b,c>0$ . CMR : $\sum \frac{a^{5}}{b(a^{4}+b^{4}+a^{3}c)}\geq 1$
Với các kiểu bất đẳng thức dạng phân thức này thì theo kinh nghiệm của mình ta nên áp dụng Cauchy- Schawrz dạng Engel . Để ý thấy tử số của mỗi phân thức bậc lẻ nên để áp dụng Cauchy- Schawrz dạng Engel thì ta sẽ làm cho bậc từ lẻ $\rightarrow$ chẵn .
Cụ thể ta sẽ biến đổi như sau : $\sum \frac{a^{5}}{b(a^{4}+c^{4}+a^{3}c)}=\sum \frac{a^{6}}{ab(a^{4}+c^{4}+a^{3}c)}$
Sau khi đã làm cho tử số như ta muốn thì tiếp theo ta sẽ áp dụng Cauchy- Schawrz dạng Engel như sau :
$\sum \frac{a^{6}}{ab(a^{4}+c^{4}+a^{3}c)}\geq \frac{(\sum a^{3})^{2}}{\sum ab(a^{4}+c^{4}+a^{3}c)}=\frac{(\sum a^{3})^{2}}{\sum a^{5}b+\sum ab^{5}+abc\sum a^{3}}$
Tới đây ta sẽ tìm mọi cách để đánh giá mẫu số ( Vì nhìn tử số thấy chẳng có gì để khai thác cả )
Chú ý rằng : $\sum a^{5}b+\sum ab^{5}+abc\sum a^{3}=\sum ab(a^{4}+b^{4})+abc\sum a^{3}=\sum (ab(a^{4}+b^{4})+abc.c^{3})=\sum ab(a^{4}+b^{4}+c^{4})=(\sum a^{4})(\sum ab)$
Do đó ta quy về chứng minh : $\frac{(\sum a^{3})^{2}}{(\sum ab)(\sum a^{4})}\geq 1$
Hay ta cần chứng minh: $(a^{3}+b^{3}+c^{3})^{2}\geq (ab+bc+ca)(a^{4}+b^{4}+c^{4})(*)$
Lướt nhìn qua thì ta có thể khẳng định đây là một bđt hay ,đẹp ,khá mạnh và được dùng làm bổ đề để có thể sáng tạo ra các bđt khác mang tính thách thức cao hơn .
Phần chứng minh $(*)$ đã có ở trong box BĐT Olympic nhưng minh xin nêu lại để thấy rõ rằng : chứng minh nó quả không dễ dàng
$(\sum a^{3})^{2}\geq (\sum a^{4})(\sum ab)$
$\Leftrightarrow \sum a^{6}+2\sum a^{3}b^{3}\geq \sum ab(a^{4}+b^{4})+abc\sum a^{3}$
$\Leftrightarrow (\sum a^{6}-3(abc)^{2})+2(\sum a^{3}b^{3}-3(abc)^{2})\geq abc(\sum a^{3}-3abc)+\sum ab(a^{4}+b^{4})-6(abc)^{2}$
$\Leftrightarrow \frac{(\sum a^{2})}{2}(\sum (a^{2}-b^{2})^{2})+(\sum ab)(\sum (bc-ca)^{2})\geq \frac{abc(\sum a)}{2}(\sum (a-b)^{2})+(\sum ab(a^{4}+b^{4})-2\sum a^{3}b^{3})+2\sum (ab)^{3}-6(abc)^{2}$
$\Leftrightarrow \Leftrightarrow \frac{(\sum a^{2})}{2}(\sum (a^{2}-b^{2})^{2})+(\sum ab)(\sum (bc-ca)^{2})\geq \frac{abc(\sum a)}{2}(\sum (a-b)^{2})+\sum ab(a^{2}-b^{2})^{2}+(\sum ab)(\sum (bc-ca)^{2})$
$\Leftrightarrow \sum (a-b)^{2}(\frac{(\sum a^{2})(a+b)^{2}}{2}+c^{2}\sum ab-\frac{abc(\sum a)}{2}-ab(a+b)^{2}-c^{2}(\sum ab))\geq 0$
$\Leftrightarrow \sum (a-b)^{2}(\frac{(a+b)^{2}((a-b)^{2}+c^{2})}{2})-\frac{abc(\sum a)}{2}\geq 0$
$\Leftrightarrow \sum (a-b)^{2}((a^{2}-b^{2})^{2}+c^{2}(a+b)^{2}-abc\sum a)\geq 0$
Mà bđt cuối này thì luôn đúng