cho a, b, c là độ dài ba cạnh tam giác chứng minh rằng : (a+b-c)(b+c-a)(c+a-b) &…
Bài toán: Cho a, b, c là độ dài ba cạnh của một tam giác. Chứng minh rằng:
\((a+b-c)(b+c-a)(c+a-b) \le abc\)
Để giải bài toán này, chúng ta cần nhớ lại một số kiến thức cơ bản về tam giác và bất đẳng thức.
Bước 1: Sử dụng điều kiện để ba cạnh tạo thành tam giác
Vì a, b, c là độ dài ba cạnh của một tam giác, nên chúng phải thỏa mãn các bất đẳng thức tam giác:
a + b > c
b + c > a
c + a > b
Từ các bất đẳng thức này, ta suy ra:
a + b – c > 0
b + c – a > 0
c + a – b > 0
Điều này có nghĩa là các thừa số ở vế trái của bất đẳng thức chúng ta cần chứng minh đều dương.
Bước 2: Đặt biến phụ để đơn giản hóa bài toán
Để việc chứng minh trở nên dễ dàng hơn, chúng ta sẽ đặt các biến phụ:
Đặt \(x = b+c-a\)
Đặt \(y = c+a-b\)
Đặt \(z = a+b-c\)
Từ các định nghĩa này, ta có:
x > 0, y > 0, z > 0 (do a, b, c là cạnh tam giác)
Bây giờ, chúng ta hãy thử biểu diễn a, b, c theo x, y, z:
x + y = (b+c-a) + (c+a-b) = 2c => \(c = \frac{x+y}{2}\)
y + z = (c+a-b) + (a+b-c) = 2a => \(a = \frac{y+z}{2}\)
z + x = (a+b-c) + (b+c-a) = 2b => \(b = \frac{z+x}{2}\)
Bước 3: Thay biến phụ vào bất đẳng thức cần chứng minh
Vế trái của bất đẳng thức trở thành:
\(z \cdot x \cdot y = xyz\)
Vế phải của bất đẳng thức trở thành:
\(abc = \left(\frac{y+z}{2}\right) \left(\frac{z+x}{2}\right) \left(\frac{x+y}{2}\right) = \frac{(y+z)(z+x)(x+y)}{8}\)
Vậy, bất đẳng thức ban đầu tương đương với:
\(xyz \le \frac{(y+z)(z+x)(x+y)}{8}\)
Hay
\(8xyz \le (y+z)(z+x)(x+y)\)
Bước 4: Áp dụng bất đẳng thức AM-GM
Chúng ta sẽ sử dụng bất đẳng thức Cauchy (AM-GM) cho hai số không âm. Nhắc lại: với hai số không âm u, v, ta có \(\frac{u+v}{2} \ge \sqrt{uv}\), hay \(u+v \ge 2\sqrt{uv}\). Bình phương hai vế, ta được \((u+v)^2 \ge 4uv\), hoặc \(u+v \ge 2\sqrt{uv}\).
Áp dụng bất đẳng thức AM-GM cho các cặp số (y, z), (z, x), (x, y):
Ta có: \(y+z \ge 2\sqrt{yz}\) (1)
Ta có: \(z+x \ge 2\sqrt{zx}\) (2)
Ta có: \(x+y \ge 2\sqrt{xy}\) (3)
Bước 5: Nhân các bất đẳng thức
Nhân vế theo vế của ba bất đẳng thức (1), (2), và (3) (vì tất cả các vế đều dương):
\((y+z)(z+x)(x+y) \ge (2\sqrt{yz})(2\sqrt{zx})(2\sqrt{xy})\)
\((y+z)(z+x)(x+y) \ge 8 \sqrt{yz \cdot zx \cdot xy}\)
\((y+z)(z+x)(x+y) \ge 8 \sqrt{x^2 y^2 z^2}\)
\((y+z)(z+x)(x+y) \ge 8 |xyz|\)
Vì x, y, z đều dương, nên \(|xyz| = xyz\). Do đó:
\((y+z)(z+x)(x+y) \ge 8 xyz\)
Bước 6: Kết luận
Bất đẳng thức chúng ta vừa chứng minh \((y+z)(z+x)(x+y) \ge 8 xyz\) chính là bất đẳng thức tương đương với bài toán ban đầu.
Vậy, ta đã chứng minh được rằng với a, b, c là độ dài ba cạnh của một tam giác, thì:
\((a+b-c)(b+c-a)(c+a-b) \le abc\)
Dấu bằng xảy ra khi nào?
Dấu bằng trong bất đẳng thức AM-GM xảy ra khi các số hạng bằng nhau. Trong trường hợp này, dấu bằng xảy ra khi:
y = z
z = x
x = y
Điều này có nghĩa là x = y = z.
Thay trở lại định nghĩa của x, y, z:
b+c-a = c+a-b = a+b-c
Từ \(b+c-a = c+a-b\), ta có \(2b = 2a\), suy ra \(a=b\).
Từ \(c+a-b = a+b-c\), ta có \(2c = 2b\), suy ra \(b=c\).
Vậy, dấu bằng xảy ra khi a = b = c, tức là tam giác đó là tam giác đều.
Các em thấy đấy, bằng cách sử dụng biến phụ và áp dụng bất đẳng thức AM-GM, chúng ta đã chứng minh thành công bài toán này. Hãy xem lại các bước và ghi nhớ cách tiếp cận này nhé!
Đáp án:
Giải thích các bước giải:
Do \(a,b,c\) là độ dài \(3\) cạnh của tam giác nên \({(a + b – c > 0),(b + c – a > 0),(a + c – b > 0):]\)
và \(a , b , c > 0\)
Ta có: \(a^2 >= a^2 – (b – c)^2\)
\(<=> a^2 >= (a – b + c)(a + b – c)\)
Tương tự: \(b^2 >= (b – a + c)(b – c + a)\)
\(c^2 >= (c + b – a)(c + a – b)\)
Nhân vế với vế \(3\) bất đẳng thức ta được:
\((abc)^2 >= [(a + b – c)(a + c – b)(b + c – a)]^2\)
Mà \(VP >= 0\)
\(=> abc >= (a + b – c)(a + c – b)(b + c – a)\)
Dấu \(“=”\) xảy ra khi: \(a = b = c\) hay tam giác là tam giác đều

Trợ Lý Xưởng In Thiên Nam
Add comment