← Trở về thư viện

Các bất đẳng thức thường sử dụng

Các bất đẳng thức thường sử dụng: Bất đẳng thức AM-GM, AM-GM suy rộng, AM-HM, Bất đẳng thức Bernoulli, Bất đẳng thức Cauchy-Schwarz, Bất đẳng thức Hölder, Chebyshev, Bất đẳng thức hoán vị, Maclaurin, Newton, BDT Karamata, Popoviciu, Bất đẳng thức ...

Mục lục bài viết21 mục

1. Các bất đẳng thức thường sử dụng

Bất đẳng thức AM-GM

Với a1,a2,…,ana_1,a_2,\ldots,a_n là các số thực không âm, khi đó

a1+a2+⋯+an⩾na1a2…ann.a_1+a_2+\cdots +a_{n}\ge n\sqrt[n]{a_1a_2\ldots a_n}.

Dấu bằng xảy ra khi và chỉ khi a1=a2=⋯=an.a_1=a_2=\cdots =a_n.

các bất đẳng thức thường sử dụng

Chứng minh bất đẳng thức AM-GM cho hai số không âm bằng hình học

Bất đẳng thức AM-GM suy rộng

Cho p1,p2…pnp_1,p_2\ldots p_n là các số thực dương thỏa

p1+p2+⋯+pn=1.p_1+p_2+\cdots +p_n=1.

Với a1,a2…ana_1,a_2\ldots a_n là các số thực không âm thì ta có

p1a1+p2a2+⋯+pnan⩾a1p1a2p2…anpn.p_1a_1+p_2a_2+\cdots +p_na_n\ge a_1^{p_1}a_2^{p_2}\ldots a_n^{p_n}.

Dấu bằng xảy ra khi và chỉ khi a1=a2=⋯=an.a_1=a_2=\cdots =a_n.

Bất đẳng thức AM-HM

Với a1,a2,…,ana_1,a_2,\ldots,a_n là các số thực không âm, khi đó

(a1+a2+⋯+an)(1a1+1a2⋯+1an)⩾n2\left(a_1+a_2+\cdots +a_n \right)\left(\dfrac{1}{a_1}+\dfrac{1}{a_2}\cdots +\dfrac{1}{a_n} \right)\ge n^2

Dấu bằng xảy ra khi và chỉ khi a1=a2=⋯=an.a_1=a_2=\cdots =a_n.

Bất đẳng thức Bernoulli

Với số thực x⩾−1x\ge -1, ta có:

  • (1+x)r⩾1+rx(1+x)^r\ge 1+rx khi r⩾1r\ge 1 hoặc r⩽0r\le 0

  • (1+x)r⩽1+rx(1+x)^r\le 1+rx khi 0⩽r⩽10\le r\le 1

Bất đẳng thức Cauchy-Schwarz

Cho các số thực a1,a2,…,ana_1,a_2,\ldots ,a_n và b1,b2,…,bnb_1,b_2,\ldots ,b_n, ta có

(a12+a22+⋯+an2)(b12+b22+⋯+bn2)⩾(a1b1+a2b2+⋯+anbn)2.\left(a_1^2+a_2^2+\cdots +a_n^2\right)\left(b_1^2+b_2^2+\cdots +b_n^2\right)\ge \left(a_1b_1+a_2b_2+\cdots +a_nb_n\right)^2.

Dấu bằng xảy ra khi và chỉ khi a1b1=a2b2=⋯=anbn.\dfrac{a_1}{b_1}=\dfrac{a_2}{b_2}=\cdots =\dfrac{a_n}{b_n}.

Bất đẳng thức Hölder

Cho xijx_{ij} là các số thực không âm (với i=1;m‾,  j=1;n‾i=\overline{1;m}, \ \ j=\overline{1;n} ), khi đó ta có

∏i=1m(∑j=1nxij)⩾(∑j=1n∏i=1mxijm)m.\prod_{i=1}^{m}\left(\sum_{j=1}^n x_{ij}\right)\ge \left(\sum_{j=1}^{n}\sqrt[m]{\prod_{i=1}^{m}x_{ij}} \right)^m.

Bất đẳng thức Chebyshev

Cho a1⩾a2⩾⋯⩾ana_1\ge a_2\ge\cdots\ge a_n là các số thực.

  1. Nếu b1⩾b2⩾⋯⩾bnb_1\ge b_2\ge\cdots\ge b_n thì

    n∑i=1naibi⩾(∑i=1nai)(∑i=1nbi).n\sum_{i=1}^na_ib_i\ge\left(\sum_{i=1}^n a_i\right)\left(\sum_{i=1}^n b_i\right).
  2. Nếu b1⩽b2⩽⋯⩽bnb_1\le b_2\le\cdots\le b_n thì

    n∑i=1naibi⩽(∑i=1nai)(∑i=1nbi).n\sum_{i=1}^na_ib_i\le\left(\sum_{i=1}^n a_i\right)\left(\sum_{i=1}^n b_i\right).

Bất đẳng thức hoán vị

Cho a1⩾a2⩾…⩾ana_1\ge a_2\ge\ldots\ge a_n là hai dãy số thực và (z1,z2,…,zn)(z_1,z_2,\ldots ,z_n) là hoán vị nào đó của (x1,x2,…,xn).(x_1,x_2,\ldots ,x_n). Khi đó ta có:

  1. Nếu b1⩾b2⩾⋯⩾bnb_1\ge b_2\ge\cdots\ge b_n thì

    a1b1+a2b2+⋯anbn⩾z1b2+z2b2+⋯+znbn.a_1b_1+a_2b_2+\cdots a_nb_n\ge z_1b_2+z_2b_2+\cdots +z_nb_n.
  2. Nếu b1⩽b2⩽⋯⩽bnb_1\le b_2\le\cdots\le b_n thì

    a1b1+a2b2+⋯anbn⩽z1b2+z2b2+⋯+znbn.a_1b_1+a_2b_2+\cdots a_nb_n\le z_1b_2+z_2b_2+\cdots +z_nb_n.

Bất đẳng thức Maclaurin và bất đẳng thức Newton

Với a1,a2,…,ana_1,a_2,\ldots,a_n là các số thực không âm, khi đó:

  1. (Maclaurin) S1⩾S2⩾⋯⩾SnS_1\ge S_2\ge \cdots\ge S_n

  2. (Newton) Sk2⩾Sk−1Sk+1S_k^2\ge S_{k-1}S_{k+1}

với

Sk=∑1⩽i1<i2<⋯<innai1ai2…ainCnkk.S_{k}=\sqrt[k]{\dfrac{\displaystyle\sum_{1\le i_1< i_2<\cdots <i_n}^n a_{i_1}a_{i_2}\ldots a_{i_n} }{ C_{n}^k}}.

Bất đẳng thức Karamata

Cho hai bộ số (x1,x2…,xn)(x_1,x_2\ldots ,x_n) và (y1,y2…,yn)(y_1,y_2\ldots ,y_n) với (x1,x2…,xn)≻≻(y1,y2…,yn)(x_1,x_2\ldots ,x_n)\succ\succ(y_1,y_2\ldots ,y_n) sao cho xi,yi∈I⊆R.x_i,y_i\in \mathbb{I}\subseteq \mathbb{R}. Nếu hàm số ff xác định lồi trên khoảng I⊆R\mathbb{I}\subseteq \mathbb{R} thì

f(x1)+f(x2)+⋯+f(xn)⩾f(y1)+f(y2)+⋯+f(yn).f(x_1)+f(x_2)+\cdots +f(x_n)\ge f(y_1)+f(y_2)+\cdots +f(y_n).

**Ghi chú:

(x1,x2…,xn)≻≻(y1,y2…,yn)⇔{x1⩾y1x2+x2⩾y1+y2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯x1+x2+⋯+xn−1⩾y1+y2+⋯+yn−1x1+x2+⋯+xn=y1+y2+⋯+yn(x_1,x_2\ldots ,x_n)\succ\succ(y_1,y_2\ldots ,y_n)\Leftrightarrow\begin{cases}x_1\ge y_1\\ x_2+x_2\ge y_1+y_2\\ \cdots \cdots \cdots\cdots \cdots \cdots\cdots \cdots\\ x_1+x_2+\cdots +x_{n-1}\ge y_1+y_2+\cdots +y_{n-1}\\ x_1+x_2+\cdots +x_{n}= y_1+y_2+\cdots +y_{n}\end{cases}

Bất đẳng thức Popoviciu

Cho hàm số ff xác định lồi trên khoảng I⊆R.\mathbb{I}\subseteq \mathbb{R}. Khi đó với a1,a2,…,an∈Ia_1,a_2,\ldots ,a_n\in\mathbb{I} thì

f(a1)+f(a2)+⋯+f(an)+n(n−2)f(a1+a2+⋯+ann)⩾(n−1)[f(b1)+f(b2)+⋯+f(b2)],f(a_1)+f(a_2)+\cdots +f(a_n)+n(n-2)f\left(\dfrac{a_1+a_2+\cdots +a_n}{n}\right)\ge (n-1)\left[f(b_1)+f(b_2)+\cdots +f(b_2)\right],

với

bi=1n−1∑j≠iaj  ,  i=1;n‾.b_i=\dfrac{1}{n-1}\sum_{j\neq i}a_j \ \ ,\ \ i=\overline{1;n}.

Bất đẳng thức Schur

  • Cho các số thực không âm a,b,ca,b,c và số thực dương k, khi đó ta có

    ak(a−b)(a−c)+bk(b−c)(b−a)+ck(c−a)(c−b)⩾0,a^k(a-b)(a-c)+b^k(b-c)(b-a)+c^k(c-a)(c-b)\ge 0,

    Đẳng thức xảy ra khi a=b=ca=b=c hoặc a=0a=0 và b=cb=c hoặc một vài hoán vị.

  • Với k=1k=1 chúng ta thu được một vài phát biểu quen thuộc sau:

    a3+b3+c3+3abc⩾ab(a+b)+bc(b+c)+ca(c+a)a^3+b^3+c^3+3abc\ge ab(a+b)+bc(b+c)+ca(c+a) (a+b+c)3+9abc⩾4(a+b+c)(ab+bc+ca)(a+b+c)^3+9abc\ge 4(a+b+c)(ab+bc+ca) a2+b2+c2+9abca+b+c⩾2(ab+bc+ca)a^2+b^2+c^2+\dfrac{9abc}{a+b+c}\ge 2(ab+bc+ca) ∑cycab+c+4abc(a+b)(b+c)(c+a)⩾2.\sum_{cyc}\dfrac{a}{b+c} +\dfrac{4abc}{(a+b)(b+c)(c+a)}\ge 2.

Bất đẳng thức Vornicu-Schur

Cho các số thực không âm a,b,c,x,y,za,b,c,x,y,z sao cho (a,b,c)(a,b,c) và (x,y,z)(x,y,z) đều là các bộ đơn điệu. Khi đó ta có

x(a−b)(a−c)+y(b−a)(b−c)+z(c−a)(c−b)⩾0x(a-b)(a-c)+y(b-a)(b-c)+z(c-a)(c-b)\ge 0

Bất đẳng thức Vasc

Với mọi số thực a,b,ca,b,c, ta có

(a2+b2+c2)2⩾3(a3b+b3c+c3a).(a^2+b^2+c^2)^2\ge 3(a^3b+b^3c+c^3a).

Đẳng thức xảy ra khi a=b=ca=b=c hoặc asin24π7=bsin22π7=csin2π7,\dfrac{a}{sin^2\dfrac{4\pi}{7}}=\dfrac{b}{sin^2\dfrac{2\pi}{7}}=\dfrac{c}{sin^2\dfrac{\pi}{7}}, (hoặc một vài hoán vị).

Bất đẳng thức Vasc

Cho fn(a,b,c)f_{n}(a,b,c) là một đa thức đối xứng bậc n=3n=3, n=4n=4, n=5.n=5.

  1. Với a,b,ca,b,c các số thực thì f4(a,b,c)⩾0f_{4}(a,b,c)\ge 0 khi và chỉ khi f4(a,1,1)⩾0f_{4}(a,1,1)\ge 0

  2. Với a,b,ca,b,c các số thực không âm thì fn(a,b,c)⩾0f_{n}(a,b,c)\ge 0 khi và chỉ khi fn(a,1,1)⩾0f_{n}(a,1,1)\ge 0 và fn(0,b,c)⩾0.f_{n}(0,b,c)\ge 0.

Bất đẳng thức (a−b)2(b−c)2(c−a)2⩾0(a-b)^2(b-c)^2(c-a)^2\ge 0

Với các số thực a,b,ca,b,c, ta có

27(a−b)2(b−c)2(c−a)2=4(p2−3q)3−(2p3−9pq+27r)2⩾0,27(a-b)^2(b-c)^2(c-a)^2= 4(p^2-3q)^3-(2p^3-9pq+27r)^2\ge 0,

từ đây ta có

−2p3+9pq−2(p2−3q)p2−3q27⩽r⩽−2p3+9pq+2(p2−3q)p2−3q27\dfrac{-2p^3+9pq-2(p^2-3q)\sqrt{p^2-3q}}{27} \le r\le \dfrac{-2p^3+9pq+2(p^2-3q)\sqrt{p^2-3q}}{27}

2. Một số tiêu chuẩn khi chứng minh bất đẳng thức

SOS

Cho các số thực không âm thỏa a⩾b⩾ca\ge b\ge c và cần chứng minh

f(a,b,c)=(a−b)2Sc+(b−c)2Sa+(c−a)2Sb⩾0.f(a,b,c)=(a-b)^2S_c+(b-c)^2S_a+(c-a)^2S_b\ge 0.

Sau đấy chúng ta sẽ tạo ra một vài tiêu chuẩn thường sử dụng:

  1. Tiêu chuẩn 1. Nếu Sa,Sb,Sc⩾0S_a,S_b,S_c\ge 0 thì f(a,b,c)⩾0f(a,b,c)\ge 0 là hiển nhiên.

  2. Tiêu chuẩn 2. Nếu Sb⩾0S_b\ge 0 và Sb+Sc⩾0S_b+S_c\ge 0 và Sa+Sb⩾0S_a+S_b\ge 0 thì f(a,b,c)⩾0.f(a,b,c)\ge 0.

    Thật vậy

    (a−c)2=(a−b)2+(b−c)2+2(a−b)(b−c)⩾(a−b)2+(b−c)2,(a-c)^2=(a-b)^2+(b-c)^2+2(a-b)(b-c)\ge (a-b)^2+(b-c)^2,

    do đó ta có

    f(a,b,c)⩾(a−b)2(Sb+Sc)+(b−c)2(Sa+Sb)⩾0,f(a,b,c)\ge (a-b)^2(S_b+S_c)+(b-c)^2(S_a+S_b)\ge 0,

    do đó để bất đẳng thức đúng ta cần chứng minh Sb+Sc⩾0S_b+S_c\ge 0 và Sa+Sb⩾0.S_a+S_b\ge 0.

  3. Tiêu chuẩn 3. Nếu Sb⩽0S_b\le 0 và Sa+2Sb⩾0S_a+2S_b\ge 0 và Sc+2Sb⩾0S_c+2S_b\ge 0 thì f(a,b,c)⩾0.f(a,b,c)\ge 0.

    Thật vậy

    (a−c)2=(a−b)2+(b−c)2+2(a−b)(b−c)⩽2[(a−b)2+(b−c)2](a-c)^2=(a-b)^2+(b-c)^2+2(a-b)(b-c)\le 2\left[(a-b)^2+(b-c)^2 \right]

    do đó ta có

    f(a,b,c)⩾(a−b)2(Sc+2Sb)+(b−c)2(Sa+2Sb),f(a,b,c)\ge (a-b)^2(S_c+2S_b)+(b-c)^2(S_a+2S_b),

    vậy nên để bất đẳng thức đúng ta cần chứng minh Sc+2Sb⩾0S_c+2S_b\ge 0 và Sa+2Sb⩾0.S_a+2S_b\ge 0.

  4. Tiêu chuẩn 4. Nếu Sb,Sc⩾0S_b,S_c\ge 0 và b2Sa+a2Sb⩾0b^2S_a+a^2S_b\ge 0 thì f(a,b,c)⩾0.f(a,b,c)\ge 0.

    Thật vậy theo bất đẳng thức tỉ lệ thì

    a−cb−c⩾ab,\dfrac{a-c}{b-c}\ge \dfrac{a}{b},

    do đó ta có

    f(a,b,c)⩾(b−c)2Sa+(b−c)2a2b2Sb,f(a,b,c)\ge (b-c)^2S_a+\dfrac{(b-c)^2a^2}{b^2}S_b,

    vậy nên để bất đẳng thức đúng ta cần chứng minh b2Sa+a2Sb⩾0.b^2S_a+a^2S_b\ge 0.

  5. Tiêu chuẩn 5. Nếu Sb,Sc⩾0S_b,S_c\ge 0 và b(b−c)Sa+a(a−c)Sb⩾0b(b-c)S_a+a(a-c)S_b\ge 0 thì f(a,b,c)⩾0.f(a,b,c)\ge 0.

    Thật vậy theo bất đẳng thức tỉ lệ thì

    a−cb−c⩾ab,\dfrac{a-c}{b-c}\ge \dfrac{a}{b},

    do đó ta có

    f(a,b,c)⩾(b−c)2Sa+(b−c)2a(a−c)b(b−c)Sb,f(a,b,c)\ge (b-c)^2S_a+\dfrac{(b-c)^2a(a-c)}{b(b-c)}S_b,

    vậy nên để bất đẳng thức đúng ta cần chứng minh b(b−c)Sa+a(a−c)Sb⩾0.b(b-c)S_a+a(a-c)S_b\ge 0.

Tiêu chuẩn Vornicu-Schur

x(a−b)(a−c)+y(b−c)(b−a)+z(c−a)(c−b)=[ax−(x+z)b+cz]2++(x−y+z)2(a−b)(b−c)+2y(a−b)(b−c)(x−y+z)\begin{aligned} x(a-b)(a-c)&+y(b-c)(b-a)+z(c-a)(c-b)=\left[a\sqrt{x}-(\sqrt{x}+\sqrt{z})b+c\sqrt{z} \right]^2+\\ &+(\sqrt{x}-\sqrt{y}+\sqrt{z})^2(a-b)(b-c)+2\sqrt{y}(a-b)(b-c)(\sqrt{x}-\sqrt{y}+\sqrt{z}) \end{aligned}
NHỚ LẠI · ĐỐI CHIẾU · ÔN TẬP

Tự kiểm tra kiến thức

Các thẻ lấy từ nội dung bài học. Với câu điền khuyết, bấm vào dấu “…” để chọn cụm từ phù hợp; với thẻ nhớ lại, em tự đối chiếu và đánh giá.

✦ Mẹo học tập

Học từng chút một, nghỉ ngơi đều đặn.