Sáng kiến kinh nghiệm Một số kỹ thuật sử dụng bất đẳng thức Cô - Si

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Một số kỹ thuật sử dụng bất đẳng thức Cô - Si

1. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM MỘT SỐ KỸ THUẬT SỬ DỤNG BẤT ĐẲNG THỨC CÔ - SI Lĩnh vực: Toán Cấp học: Trung học cơ sở Tên tác giả: Nguyễn Cao Cường Đơn vị công tác: Trường THCS Thái Thịnh, Quận Đống Đa Chức vụ: Phó Hiệu trưởng Năm học 2018 - 2019
2. MỤC LỤC Trang I.Lý do chọn đề tài 1 II. Nhiệm vụ, mục đích của đề tài 1 III. Phạm vi của đề tài 1 IV. Đối tượng nghiên cứu và phương pháp tiến hành 1 Chương 1. GIỚI THIỆU BẤT ĐẲNG THỨC CÔ – SI 1. Bất đẳng thức Cô-si 2 2. Những quy tắc chung 3 Chương 2. MỘT SỐ KỸ THUẬT SỬ DỤNG BĐT CÔ - SI 1.Kỹ thuật 1: Đánh giá từ trung bình cộng sang trung bình nhân 4 2. Kỹ thuật 2: Kỹ thuật tách nghịch đảo. 6 3. Kỹ thuật 3: Kỹ thuật chọn điểm rơi 7 4 .Kỹ thuật 4: Kỹ thuật đánh giá từ TBN sang TBC 11 5. Kỹ thuật 5: Kỹ thuật nhân thêm hằng số 12 6 . Kỹ thuật 6: Kỹ thuật ghép đối xứng 15 7. Kỹ thuật 7: Kỹ thuật ghép cặp nghịch đảo cho 3 số, n số 16 8. Kỹ thuật 8: Kỹ thuật đổi biến số 18 Kết luận và khuyến nghị 20 Tài liệu tham khảo 1/20
3. MỞ ĐẦU  I. Lý do chọn đề tài Toán học nói chung và toán học phổ thông nói riêng đã giúp người học, người nghiên cứu nó có được kiến thức, tư duy logic và khả năng suy luận. Đối với những học sinh trung học cơ sở, toán học đã hình thành cho các em những kiến thức cơ sở ban đầu, những kiến thức cơ bản nhất của toán học hiện đại. Qua những bài học, những vấn đề toán cùng với những cách thức suy luận đã giúp các em hình thành tư duy toán học. Toán học sơ cấp có lẽ là mảng toán học đòi hỏi trí thông minh, óc tư duy linh hoạt của người học, trong đó bất đẳng thức (BĐT) là vấn đề hay và khó. Từ các lớp trung học cơ sở, học sinh được giới thiệu một cách cơ bản nhất về bất đẳng thức, phương pháp chứng minh bất đẳng thức. Và hầu hết những người đã học bất đẳng thức, ai cũng biết về một bất đẳng thức kinh điển, nổi tiếng: bất đẳng thức Cô-si. Nhưng một thực tế chung đối với học sinh phổ thông là việc vận dụng bất đẳng thức Cô - si vào giải toán gặp rất nhiều khó khăn. Chính vì vậy, để giúp học sinh có thể khắc phục phần nào những khó khăn trên, tôi viết đề tài "Một số kỹ thuật sử dụng bất đẳng thức Cô - si" II. Nhiệm vụ, mục đích của đề tài Đề tài "Một số kỹ thuật sử dụng bất đẳng thức Cô - si" sẽ giới thiệu đến với học sinh về bất đẳng thức Cô – si và một số kỹ thuật sử dụng bất đẳng thức Cô-si. Bên cạnh đó, đề tài cũng chỉ ra những sai lầm thường gặp khi học sinh sử dụng bất đẳng thức Cô – si. Đề tài được viết theo cách thức lý thuyết đi kèm với ví dụ minh họa. Bên cạnh việc cung cấp, tổng kết những cách sử dụng bất đẳng thức Cô - si, đề tài còn giới thiệu những bài toán minh họa, áp dụng các kỹ thuật được giới thiệu. III. Phạm vi của đề tài Với học sinh trung học cơ sở, lớp 8 các em mới được giới thiệu và tiếp cận với bất đẳng thức nói chung và bất đẳng thức Cô -si nói riêng. Vì vậy, đề tài "Một số kỹ thuật sử dụng bất đẳng thức Cô - si" hướng tới việc giúp cho học sinh lớp 8; lớp 9 có được những kiến thức về bất đẳng thức Cô-si và một số kỹ thuật sử dụng từ đó giúp cho các em phát triển tư duy về bất đẳng thức, đặt nền móng cho các cấp độ lớn hơn sau này. IV. Đối tượng nghiên cứu và phương pháp tiến hành Đề tài tập trung nghiên cứu về bất đẳng thức Cô-si. Trên cơ sở những kiến thức cơ bản về dạng bất đẳng thức, tổng kết một kỹ thuật thường dùng. Phương pháp chủ yếu của đề tài là phương pháp nghiên cứu và tổng kết kinh nghiệm trong thực tế giảng dạy. 3/23
4. Chương 1. GIỚI THIỆU BẤT ĐẲNG THỨC CÔ – SI 1. Bất đẳng thức Cô – Si (CAUCHY) 1.1.Dạng tổng quát (n số): x1, x2, x3 xn ≥ 0 ta có: xxx Dạng 1: 12 n n xxx n 12 n n Dạng 2: xxxn12 n xxx12 n n xxx12 n Dạng 3: xxx12 n n Dấu “ = ” xảy ra khi và chỉ khi: xxx12 n Hệ quả 1: n S Nếu: xxxSconst12 n thì: Max P xxx n 12 n S khi xxx 12 n n Hệ quả 2: Nếu: xxxPconst thì: n 12 n Min SnP xxx122 n khi xxxP12 n 1.2.Dạng cụ thể ( 2 số, 3 số ): n = 2:  x, y ≥ 0 khi đó: n = 3:  x, y, z ≥ 0 khi đó: xy xyz 1.2.1 xy 3 xyz 2 3 1.2.2 xyxy 2 xyzxyz 3 3 2 3 xy xyz 1.2.3 xy xyz 2 3 1.2.4 xyxy 2 4 x y z 3 27 xyz 114 1 1 1 9 1.2.5 xyxy x y z x y z 14 14 1.2.6 xy xy 2 xyz xyz 3 Bình luận: Để học sinh dễ nhớ, ta nói: Trung bình cộng (TBC) ≥ Trung bình nhân (TBN). Dạng 2 và dạng 3 khi đặt cạnh nhau có vẻ tầm thường nhưng lại giúp ta nhận dạng khi sử dụng BĐT Cô Si: (3) đánh giá từ TBN sang TBC khi không có cả căn thức. 4/23
5. 2. Những quy tắc chung trong chứng minh bất đẳng thức sử dụng bất đẳng thức Cô – Si: Quy tắc song hành: hầu hết các BĐT đều có tính đối xứng do đó việc sử dụng các chứng minh một cách song hành, tuần tự sẽ giúp ta hình dung ra được kết quả nhanh chóng và định hướng cách giả nhanh hơn. Quy tắc dấu bằng: dấu bằng “ = ” trong BĐT là rất quan trọng. Nó giúp ta kiểm tra tính đúng đắn của chứng minh. Nó định hướng cho ta phương pháp giải, dựa vào điểm rơi của BĐT. Chính vì vậy mà khi dạy cho học sinh ta rèn luyện cho học sinh có thói quen tìm điều kiện xảy ra dấu bằng mặc dù trong các kì thi học sinh có thể không trình bày phần này. Ta thấy được ưu điểm của dấu bằng đặc biệt trong phương pháp điểm rơi và phương pháp tách nghịch đảo trong kỹ thuật sử dụng BĐT Cô Si. Quy tắc về tính đồng thời của dấu bằng: không chỉ học sinh mà ngay cả một số giáo viên khi mới nghiên cứu và chứng minh BĐT cũng thương rất hay mắc sai lầm này. Áp dụng liên tiếp hoặc song hành các BĐT nhưng không chú ý đến điểm rơi của dấu bằng. Một nguyên tắc khi áp dụng song hành các BĐT là điểm rơi phải được đồng thời xảy ra, nghĩa là các dấu “ = ” phải được cùng được thỏa mãn với cùng một điều kiện của biến. Quy tắc biên: Cơ sở của quy tắc biên này là các bài toán quy hoạch tuyến tính, các bài toán tối ưu, các bài toán cực trị có điều kiện ràng buộc, giá trị lớn nhất nhỏ nhất của hàm nhiều biến trên một miền đóng. Ta biết rằng các giá trị lớn nhất, nhỏ nhất thường xảy ra ở các vị trí biên và các đỉnh nằm trên biên. Quy tắc đối xứng: các BĐT thường có tính đối xứng vậy thì vai trò của các biến trong BĐT là như nhau do đó dấu “ = ” thường xảy ra tại vị trí các biến đó bằng nhau. Nếu bài toán có gắn hệ điều kiện đối xứng thì ta có thể chỉ ra dấu “ = ” xảy ra khi các biến bằng nhau và mang một giá trị cụ thể. Chiều của BĐT : “ ≥ ”, “ ≤ ” cũng sẽ giúp ta định hướng được cách chứng minh: đánh giá từ TBC sang TBN và ngược lại Trên là 5 quy tắc sẽ giúp ta có định hướng để chứng minh BĐT, học sinh sẽ thực sự hiểu được các quy tắc trên qua các ví dụ và bình luận ở phần sau. 5/23
6. CHƯƠNG 2. MỘT SỐ KỸ THUẬT SỬ DỤNG BĐT CÔ - SI 1. Kỹ thuật 1. Đánh giá từ trung bình cộng sang trung bình nhân. Đánh giá từ TBC sang TBN là đánh giá BĐT theo chiều “ ≥ ”. Đánh giá từ tổng sang tích. Bài 1: Chứng minh rằng: abbccaa222222222 b c 8 ,, abc Giải Sai lầm thường gặp: Sử dụng:  x, y thì x2 - 2xy + y2 = ( x- y)2 ≥ 0 x2 + y2 ≥ 2xy. Do đó: a22 b2 ab 22 222222222 b c2 bc abbccaa  b ca b c 8 ,, (Sai) 22 c a2 ca 22 Ví dụ: 35 24 = 2.3.4 ≥ (-2)(-5).3 = 30 ( Sai ) 4 3 Lời giải đúng: Sử dụng BĐT Cô Si: x2 + y2 ≥ 2 xy22 = 2|xy| ta có: a22 b2 ab 0 22 2222222 2 22 2 2 b c2 bc 0 abbccaa  b ca b ca b c 8|8, , | (Đú c22 a2 ca 0 ng) Bình luận: Chỉ nhân các vế của BĐT cùng chiều ( kết quả được BĐT cùng chiều) khi và chỉ khi các vế cùng không âm. Cần chú ý rằng: x2 + y2 ≥ 2 xy22 = 2|xy| vì x, y không biết âm hay dương. Nói chung ta ít gặp bài toán sử dụng ngay BĐT Cô Si như bài toán nói trên mà phải qua một và phép biển đổi đến tình huống thích hợp rồi mới sử dụng BĐT Cô Si. Trong bài toán trên dấu “ ≥ ” đánh giá từ TBC sang TBN. 8 = 2.2.2 gợi ý đến việc sử dụng bất đẳng thức Cô-si cho 2 số, 3 cặp số. 8 Bài 2 : Chứng minh rằng: abab ab 64() 2  a,b ≥ 0 Giải 4 82 4 CôSi 4 2 a b a b a b 2 ab 2 2 a b ab 242 . 2 . ab . a b 64ab ( a b )2 6/23
7. Bài 3: Chứng minh rằng: (1 + a + b)(a + b + ab) ≥ 9ab  a, b ≥ 0. Giải Ta có: (1 + a + b)(a + b + ab) ≥ 31 33abababab 3 9 Bình luận: 9 = 3.3 gợi ý sử dụng Cô-si cho ba số, 2 cặp. Mỗi biến a, b được xuất hiện ba lần, vậy khi sử dụng Cô Si cho ba số sẽ khử được căn thức cho các biến đó. Bài 4: Chứng minh rằng: 3a3 + 7b3 ≥ 9ab2  a, b ≥ 0 Côsi Giải: Ta có: 3a3 + 7b3 ≥ 3a3 + 6b3 = 3a3 + 3b3 + 3b3 33 33ab33= 9ab2 Bình luận: 9ab2 = 9.a.b.b gợi ý đến việc tách hạng tử 7b3 thành hai hạng tử chứa b3 để khi áp dụng BĐT Cô-si ta có b2. Khi đã có định hướng như trên thì việc tách các hệ số không có gì khó khăn. a,,,0 b c d 1 Bài 5: Cho: 1111 CMRabcd: 3 81 1111 abcd Giải Từ giả thiết suy ra: 1111 bcdbcd Côsi 111 - = 3 3 1111111 abcdbcd 111 bcd Vậy: 1 bcd 3 3 0 1 a 111 bcd 1 cda 3 0 1 b 3 111 cda 1dabc 81 1 dca 11111111 abcdabcd 3 0 1 c 3 111 dca 1 abc 3 3 0 1 d 111 abc 1 abcd 81 Bài toán tổng quát: Cho: x, x , x , , xn 0 1 2 3 1 1 1 1 1 CMR : x1 x 2 x 3 xn n n 1 n 1 1 x1 1 x 2 1 x 3 1 xn Bình luận: 7/23
8. Đối với những bài toán có điều kiện là các biểu thức đối xứng của biền thì việc biến đổi điều kiện mang tính đối xứng sẽ giúp ta xử lí các bài toán chứng minh BĐT dễ dàng hơn Trong việc đánh giá từ TBC sang TBN có một kỹ thuật nhỏ hay được sử dụng. Đó là kĩ thuật tách nghịch đảo. 2.Kỹ thuật 2: Kỹ thuật tách nghịch đảo. ab Bài 1: CMR:  2 .0ab ba abab Côsi Giải Ta có: 2 2 baba a2 2 Bài 2: CMR:  2 aR a2 1 Giải 2 a2 211 a 11 Côsi Ta có: aa22 11 22 aaaa2222 1111 1 Dấu “ = ” xảy ra aaa22 1110 a2 1 1 Bài 3: CMR: a 3  a b 0 b a b Giải: Ta có nhận xét: b + a – b = a không phụ thuộc vào biến b đo đó hạng tử đầu a sẽ được phân tích như sau: 111 Côsi aba bb a  ba b . 3 3 .3 0 b a bb a bb a b 1 Dấu “ = ” xảy ra bab a = 2 và b = 1. bab 4 Bài 4: CMR: aab  2 3 0 (1) abb 1 Giải: Vì hạng tử đầu chỉ có a cần phải thêm bớt để tách thành các hạng tử sau khi sử dụng BĐT sẽ rút gọn cho các thừa số dưới mẫu. Tuy nhiên biểu thức dưới mẫu có dạng abb 1 2 (thừa số thứ nhất là một đa thức bậc nhất b, thừa số 2 là một thức bậc hai của b) do đó ta phải phân tích về thành tích của các đa thức bậc nhất đối với b, khi đó ta có thể tách hạng tử a thành tổng các hạng tử là các thừa số của mẫu. Vậy ta có: = (a - b)( b + 1)( b + 1) ta phân tích a theo 2 cách sau: bb 11 2a +2 = 2(a - b) + ( b + 1) + ( b + 1) hoặc a +1 = ab 22 Từ đó ta có (1) tương đương : 8/23
9. 4114 bb VT + 1 = aab 1 2 abb 1 22 abbb 11 Côsi bb 114 444 ab ĐPCM 22 abbb 11 Bài 5: Bài toán tổng quát: Cho: xxxxvkZ123 ,0 à 1 n . CMR: 1 nk 12 a 1 k kk nk 12 nk 1 ann a1 a 2 a 2 a 3 an 1 a k Giải VT = 1 ann aaaaaa12231 n k kk aaaaaaann 12231 n aaaa aaaa nn 1 a 1212 nn 11 n kkkk kkk aaaaaaann 12231 n kk a aa a aaaa 1 21 2 nn 11nn 1 nk 12 nka 12 . n . k kk kkkk ann a1 aa 22 aaa 31 n kk nk 12 nk 12 nk 1 k Tóm lại: Trong kỹ thuật tách nghịch đảo kỹ thuật cần tách phần nguyên theo mẫu số để khi chuyển sang TBN thì các phần chứa biến số bị triệt tiêu chỉ còn lại hằng số. Tuy nhiên trong kỹ thuật tách nghịch đảo đối với bài toán có điều kiện ràng buộc của ẩn thì việc tách nghịch đảo học sinh thường bị mắc sai lầm. Một kỹ thuật thường được sử dụng trong kỹ thuật tách nghịch đảo, đánh giá từ TBN sang TBC là kỹ thuật chọn điểm rơi. 3. Kỹ thuật 3: Kỹ thuật chọn điểm rơi Trong kỹ thuật chọn điểm rơi, việc sử dụng dấu “ = ” trong BĐT Cô-si và các quy tắc về tính đồng thời của dấu “ = ”, quy tắc biên và quy tắc đối xứng sẽ được sử dụng để tìm điểm rơi của biến. 1 Bài 1: Cho a ≥ 2 . Tìm giá trị nhỏ nhất (GTNN) của Sa a Giải 1 1 Sai lầm thường gặp của học sinh: Sa ≥ 2 a =2 a a 1 Dấu “ = ” xảy ra a a = 1 vô lí vì giả thiết là a ≥ 2. a Cách làm đúng: 9/23
10. 1 Ta chọn điểm rơi: ta phải tách hạng tử a hoặc hạng tử để sao cho khi áp dụng a BĐT Cô-si dấu “ = ” xảy ra khi a = 2. Có các hình thức tách sau: 11 a; (1) Chẳng hạn ta chọn sơ đồ điểm rơi (1): a (sơ đồ điểm rơi (2), (3), (4) học sinh tự làm) 1 a; (2) 1 a 12 a, a a 1 21 = 4. a; (3) 11 2 a a 2 a; (4) a a1 3 a a 1 3 a 3.2 5 Vậy ta có: S 2 1 . Dấu “ = ” xảy ra a 4aa4 4 4 4 2 = 2. Bình luận: Ta sử dụng điều kiện dấu “ = ” và điểm rơi là a = 2 dựa trên quy tăc biên để tìm ra = 4. Ở đây ta thấy tính đồng thời của dấu “ = ” trong việc áp dụng BĐT Cô-si a 1 3a cho 2 số , và đạt giá trị lớn nhất khi a = 2, tức là chúng có cùng 4 a 4 điểm rơi là a = 2. 1 Bài 2: Cho a ≥ 2. Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức: Sa a2 Giải a 2 21 Sơ đồ chọn điểm rơi: a = 2 = 8. 11 4 2 a 4 Sai lầm thường gặp: 117172727.2 aaaaa 2 7 9 Sa 222 2 . MinS aaa 8888884 4 4 88.2a 9 = 4 Nguyên nhân sai lầm: 9 Mặc dù chọn điểm rơi a = 2 và MinS = là đáp số đúng nhưng cách giải trên đã 4 2 2 2 mắc sai lầm trong việc đánh giá mẫu số: Nếu a ≥ 2 thì là đánh 8a 8.2 4 giá sai. Để thực hiện lời giải đúng ta cần phải kết hợp với kỹ thuật tách nghịch đảo, phải biến đổi S sao cho sau khi sử dụng BĐT Cô-si sẽ khử hết biến số a ở mẫu số. 10/23
11. Lời giải đúng: Côsi 116163636.29aaaa aaa 3 Sa 222 3 aaa 8888 8848484 9 Với a = 2 thì Min S = 4 abc, , 0 111 Bài 3: Cho 3 . Tìm giá trị nhỏ nhất của Sabc abc abc 2 Giải Sai lầm thường gặp: 111111 Sabca b c 6 66 Min S = 6 abcabc Nguyên nhân sai lầm : 111 3 Min S = 6 abcabc 1 3 trái với giải thiết. acb 2 Phân tích và tìm tòi lời giải: Do S là mọt biểu thức đối xứng với a, b, c nên dự đoán MinS đạt tại điểm rơi 1 abc 2 1 abc 1 1 2 Sơ đồ điểm rơi: abc 2 4 2 1112 2 abc Hoặc ta có sơ đồ điêm rơi sau: abc 1 2 2 2 4 4 111 2 2 2 abc Vậy ta có cách giải theo sơ đồ 2 như sau: 1 1 11 1 1 Sabca 44436 b ca 4 .4 b .4 ca .3 b c 6 a b ca b c 315 15 123. . Với thì MinS = 22 2 abc, , 0 21 2 1 2 1 Bài 4: Cho 3 . Tìm GTNN của S a 2 b 2 c 2 abc b c a 2 Giải Sai lầm thường gặp: 1 1 1 1 1 1 3 2 2 26 2 2 2 S 33a 2 b 2 c 2 a 2 b 2 c 2 b c a b c a 11/23
12. 222111 322238326 abc 6 MinS = 32. 222 bca Nguyên nhân sai lầm: 111 3 MinS = abcabc 1 3 trái với giả acb 2 thiết. Phân tích và tìm tòi lời giải Do S là một biểu thức đối xứng với a, b, c nên dự đoán MinS đạt tại 1 abc 2 222 1 abc 4 14 16 111 4 4 abc222 Lời giải 111111 Sabc 222 161616161616bbccaa222222 161616 111111 17 abc 22217 17 171717 161616161616bbccaa222222 161616 abcabc222 17171717 17 1717 1717 17 16 3216 3216 328 168 168 16 161616161616bcabca abca 3 17 17 33 171717 3.17 17 161616168bcaa 168 168 b c 168 5 5 5 5 22.17 2abc 2 3 17 3 17 . Dấu “ = ” xảy ra khi Min S = 15 2abc 2 2 2 2.17 3 3 17 2 Bình luận: Việc chọn điểm rơi cho bài toán trên đã giải quyết một cách đúng đắn vềmặt toán học nhưng cách làm trên tương đối cồng kềnh. Nếu chúng ta áp dụng việc chọn điểm rơi cho BĐT Bunhiacôpski thì bài toán sẽ nhanh gọn hơn đẹp hơn. Trong bài toán trên chúng ta đã dùng một kỹ thuật đánh giá từ TBN sang TBC, chiều của dấu của BĐT không chỉ phụ thuộc vào chiều đánh giá mà nó còn phụ thuộc vào biểu thức đánh giá nằm ở mẫu số hay ở tử số 12/23
13. 4. Kỹ thuật 4: Kỹ thuật đánh giá từ trung bình nhân (TBN) sang trung bình cộng (TBC) Nếu như đánh giá từ TBC sang TBN là đánh giá với dấu “ ≥ ”, đánh giá từ tổng sang tích, hiểu nôm na là thay dấu “ + ” bằng dấu “ . ” thì ngược lại đánh giá từ TBN sang trung bình cộng là thay dấu “ . ” bằng dấu “ + ”. Và cũng cần phải chú ý làm sao khi biến tích thành tổng, thì tổng cũng phải triệt tiêu hết biến, chỉ còn lại hằng số. Bài 1 : CMR abcdacbda  b cd ,,,0 (1) abcd Giải(1) 1 Theo BĐT Cô-si ta có: acbdacbd 1111 abcbacbd VT 111 (đpcm) 2222 acbcacbdacbc Bình luận: Nếu giữ nguyên vế trái thì khi biến tích thành tổng ta không thể triệt tiêu ẩn số ta có phép biến đổi tương đương (1) sau đó biến tích thành tổng ta sẽ được các phân thức có cùng mẫu số. Dấu “ ≤ ” gợi ý cho ta nếu sử dụng BĐT Cô-si thì ta phải đánh giá từ TBN sang TBC ac 0 Bài 2: CMR c acc  bcab (1) bc 0 cac cbc Giải Ta có (1) tương đương với : 1 abab Theo BĐT Cô-si ta có: c a c c b c 1 c a c 1 c b c 1 a b 1(đpcm) ab ab2 b a 2 a b 2 a b Bài 3: CMR 1 3 abc 3 1 a 1 b 1 c  a , b , c 0 (1) Giải: Ta có biến đổi sau, (1) tương đương: 3 3 3 1.1.1 abc 1.1.1111 abcabc 1 3 3 111111 abcabc Theo BĐT Cô-si ta có: 1 1 1 1 11 a 1 b 1 ca 1 1 b c VT .3 1 31 a 1 b 131 ca 1 b 131 ca b 1 c 13 Dấu “ = ” xảy ra a = b = c > 0. Ta có bài toán tổng quát 1: CMR: n aa abb n b n abab ab  ab , 0 in 1, 1 2n 1 2 n 1 1 2 2 n n ii 13/23
14. Bài 4 : Chứng minh rằng: 16ab ( a b )24 ( a b )  a , b 0 Giải Ta có: 2222 224 4()()ababab 16()4.(4)()44()ab abababab 22 abc, , 0 8 Bài 5: Cho Chứng minh rằng abcabbcca abc 1 729 Giải Sơ đồ điểm rơi: Ta nhận thấy biểu thức có tính đối xứng do đó dấu “ = ” của BĐT sẽ xảy ra khi 1 abc . Nhưng thực tế ta chỉ cần quan tâm là sau khi sử dụng BĐT Cô-si 3 ta cần suy ra được điều kiện xảy ra dấu “ = ” là: a = b = c. Do đó ta có lời giải sau: 3 3 33 Côsi abc abbcca 128 abc abbcca 3333729 Trong kỹ thuật đánh giá từ TBN sang TBC ta thấy thường nhân thêm các hằng số để sao cho sau biến tích thành tổng các tổng đó triệt tiêu các biến. Đặc biệt là đối với những bài toán có thêm điều kiện ràng buộc của ẩn số thì việc nhân thêm hằng số các em học sinh dễ mắc sai lầm. Sau đây ta lại nghiên cứu thêm 2 phương pháp nữa đó là phương pháp nhân thêm hằng số, và chọn điểm rơi trong việc đánh giá từ TBN sang TBC. Do đã trình bày phương pháp điểm rơi ở trên nên trong mục này ta trình bày gộp cả 2 phần . 5. Kỹ thuật 5: Kỹ thuật nhân thêm hằng số trong đánh giá từ TBN sang TBC Bài 1: Chứng minh rằng: a bbaaba  11 ,1 b Giải Bài này chúng ta hoàn toàn có thể chia cả 2 vế cho ab sau đó áp dụng phương pháp đánh giá từ TBN sang TBC như phần trước đã trình bày, tuy nhiên ở đây ta áp dụng một phương pháp mới: phương pháp nhân thêm hằng số Côsi b 11 ab a ba 11 ba 1 . 2 2 Ta có : Côsi a 11 ab b ab 11 ab 1. . 2 2 ab ab a b 1 b a 1 + ab 22 bb 1 1 2 Dấu “ = ” xảy ra aa 1 1 2 Bình luận: 14/23
15. Ta thấy việc nhân thêm hằng số 1 vào biểu thức không hoàn toàn tự nhiên, tại sao lại nhân thêm 1 mà không phải là 2. Thực chất của vấn đề là chúng ta đã chọn điểm rơi của BĐT theo quy tắc biên là a = b = 1/2. Nếu không nhận thức được rõ vấn đề trên học sinh sẽ mắc sai lầm như trong VD sau. abc, , 0 Bài 2: Cho Tìm giá trị lớn nhất: Sabbcca abc 1 Giải Sai lầm thường gặp: Côsi ab 1 abab .1 2 Côsi bc 1 bcbc .1 2 Côsi ca 1 caca .1 2 23 abc 5 abbcca 22 Nguyên nhân sai lầm Dấu “ = ” xảy ra a + b = b + c = c + a = 1 a + b + c = 2 trái với giả thiết. Phân tích và tìm tòi lời giải: Do vai trò của a, b, c trong các biểu thức là như nhau do đó điểm rơi của BĐT sẽ 1 2 là abc từ đó ta dự đoán Max S = 6 . a + b = b + c = c + a = 3 3 2 hằng số cần nhân thêm là . Vậy lời giải đúng là: 3 2 ab 3 2Côsi 3 3 a b . a b . . 2 3 2 2 2 bc 3 2Côsi 3 3 b c . b c . . 2 3 2 2 2 ca 3 2Côsi 3 c a . c a . . 3 2 3 2 2 2 3323. abc a b b c c a . 3 .2 6 222 Bài toán trên nếu cho đầu bài theo yêu cầu sau thì học sinh sẽ có định hướng tốt hơn: Cho Chứng minh rằng: S a b b c c a 6 . Tuy 15/23
16. nhiên nếu nắm được kỹ thuật điểm rơi thì việc viết đầu bài theo hướng nào cũng có thể giải quyết được. 03 x Bài 3: Cho Tìm Max A = (3 – x )(12 – 3y)(2x + 3y) 04 y Giải 3 1 Côsi 62x1232x+3y y A = 6212323 xyxy 36 63 x 0 Dấu “ = ” xảy ra 6 -2x = 12 - 3y = 2x + 3y = 6 y 2 Bình luận: Việc chọn điểm rơi trong bài toán này đối với học sinh thường bị lúng túng. Tuy nhiên cắn cứ vào yêu cầu khi đánh giá từ TBN sang TBC cần phải triệt tiêu hết biến cho nên căn cứ vào các hệ số của tích ta nhân thêm 2 vào thừa số thứ nhất là một điều hợp lý. 3 xy Bài 4: Cho x, y > 0. Tìm Min f(x, y) = xy2 Giải Ta có: 33 2 11 4x+2y+2y1 44 3 xyyyx yx 4x y 22 1616316 327 33 xyxy 44 f(x,y) = f(Minx , ) y = 2 4 3 xy xy 2727 27 Dấu “ = ” xảy ra 4x = 2y = 2y y = 2x > 0. Đó là tập hợp tất cả các điểm thuộc đường thẳng y = 2x với x dương. Thực ra việc để hệ số như trên có thể tùy ý được miễn là sao cho khi sau khi áp dụng BĐT Cô-si ta biến tích thành tổng của x + y. ( Có thể nhân thêm hệ số như sau: 2x.y.y). Bình luận: Trong bài toán trên yêu cầu là tìm Min nên ta có thể sử dụng kỹ thuật đánh giá từ TBN sang TBC cho phần ở dưới mấu số vì đánh giá từ TNB sang TBC là đánh giá với dấu “ ≤ ” nên nghịch đảo của nó sẽ là “ ≥ ”. Ta cũng có thể đánh giá tử số từ TBC sang TBN để có chiều “ ≥ ” Bài toán tổng quát : 1 2 3 n x1 x 2 x 3 xn Cho x, x , x x 0. Tìm Min f 1 2 3 4 x. x23 . x xn 1 23 n 16/23
17. Tóm lại : Để sử dụng BĐT Cô-si từ TBN sang TBC ta cần chú ý: Chỉ số căn thức là bao nhiêu thì số các số hạng trong căn là bấy nhiều. nếu số các số hạng nhỏ hơn chỉ số căn thì phải nhân thêm hằng số để số các số hạng bằng chỉ số căn 6.Kỹ thuật 6: Kỹ thuật ghép đối xứng Trong kỹ thuật ghép đối xứng chúng ta cần nắm được một số kiểu thao tác sau: 2 xyzxyyzzx Phép cộng: xyyzzx xyz 222 Phép nhân: xyz2 2 2 xyyzz x ; xyz= xy yzz x x, y, z 0 bc ca ab Bài 1: Chứng minh rằng: a b c  a , b , c 0 a b c Giải Áp dụng BĐT Cô-si ta có: 1 bccabcca . c 2 abab 1 caabcaab bccaab . a abc . Dấu “ = ” xảy ra a = 2 bcbc abc 1 bcabbcab . c 2 acac b = c. abcbca222 Bài 2: Chứng minh rằng:  abc 0 bcaabc222 Giải Áp dụng BĐT Cô-si ta có: 1 a2 b 2 a 2 b 2 a a 22 22. 2 bbc c c c 1 b2 c 2 b 2 c 2 b b abcbcabca222 . 2 2 2 2 2 22 2 c a c a a a bbb caacac 1 a2 c 2 a 2 c 2 c c . 2 22aa22 b b b b Bài 3: Cho tam giác ∆ABC, a,b,c là số đo ba cạnh của tam giác. CMR: 1 1111 1 1 a) p a p b p c abc ; b) 2 8 p app cac bb Giải a) Áp dụng BĐT Cô-si ta có: 17/23
18. papb c papb 2 2 pbpc a 1 pbpcpapbpcabc 282 papc b papc 2 2 b) Áp dụng BĐT Cô-si ta có: 111112 2 papbc papb papb 2 111112 2 pbpca pbpc pbpc 2 111112 2 papcb papc papc 2 111111 2 papcac pbb Dấu “ = ” xảy ra cho cả a) và b) khi vào chỉ khi ∆ ABC đều: a = b = c abc ( p là nửa chu vi của tam giác ∆ABC: p ) 2 Bài 4: Cho ∆ ABC, a, b, c là số đo ba cạnh của tam giác. Chứng minh rằng: bcacababcabc Giải Áp dụng BĐT Cô-si ta có: b c a c a b 0 b c a c a b c 2 c a b a b c 0 c a b a b c a 2 b c a a b c 0 b c a a b c b 2 0 bcacababc abc Dấu “ = ” xảy ra ∆ ABC đều: a = b = c. 7. Kỹ thuật 7: Kỹ thuật ghép cặp nghịch đảo cho 3 số, n số Nội dung cần nắm đượccác thao tác sau: 18/23
19. 111 1. xyzxyz  9 ,,0 xyz 111 2. xxx n2  ,, ,0xxx 12 n xxx 12 n 12 n bccaab Bài 1: Chứng minh rằng :  6 ,,0abc (1) abc Giải bccaab Ta biến đổi (1) tương đương: 1119 abc abcbcacab 1 1 1 9 abc 9 (đpcm ) abc abc 2229 Bài 2: Chứng minh rằng:  ,,0abc abbccaabc Giải Ta biến đổi tương đương BĐT như sau: 111 2 abc9 abbcca 111 abbcac 9 (đpcm ) abbcca cab 3 Bài 3: Chứng minh rằng:  abc,,0 (BĐT Nesbit) abbcca 2 Giải cab 39 Ta có biến đổi tương đương sau: 111 3 abbcca 22 abcabcabc 9 abbcca 2 1 1 1 9 abc a b b c c a 2 (đpcm) c2 a 2 b 2 a b c Bài 4: Chứng minh rằng: abc , , 0 a b b c c a 2 Giải c2 a 2 b 2 3 abc Ta biến đổi BĐT như sau: c a b a b b c c a 2 c a b 3 abc c 1 a 1 b 1 a b b c c a 2 19/23
20. cab 3 abc abc abbcca 2 cab 3 abbcca 2 cab 9 111 abbcca 2 111 abbcac 9 abbcca 8. Kỹ thuật 8: Kỹ thuật đổi biến số Có những bài toàn về mặt biểu thức toán học tương đối còng kềnh hoặc khó giải, khó nhận biết được phương hướng giải,ta có thể chuyển bài toán từ tình thế khó biến đổi về trạng thái dễ biến đổi hơn. Phương pháp trên gọi là phương pháp đổi biến. cab 3 Bài 1: Chứng minh rằng:  abc, , 0 (BĐT Nesbit) abbcca 2 Giải b cx 0 yzxzxyxyz Đặt: c ayabc 0; ; . 222 a bz 0 Khi đó bất đẳng thức đã cho tương đương với bất đẳng thức sau: y z xz x yx y zyxz xyz 6 222xyzxyx zzy Bất đẳng thức trên hiển nhiên đúng, Thật vậy áp dụng BĐT Cô-si ta có: y xz xy z VT ≥ 2222226 xyx zzy Dấu “ = ” xảy ra x = y = z a = b = c a2 b 2 c 2 Bài 2: Cho ∆ABC. Chứng minh rằng: abc b c a c a b a b c Giải b c a x 0 y z z x x y Đặt: c a b y 0 a ; b ; c . 2 2 2 a b c z 0 Khi đó bất đẳng thức đã cho tương đương với bất đẳng thức sau: y zz 222 xx y x y z (2) 444xyz yz zx xy111 yz zx zx xy yz xy Ta có: VT (2) ≥ x y z222 x y y z x z Côsi yz zx zx xy yz xy . . . x y z x y y z x z 20/23
21. Bài 3:Cho ∆ ABC. CMR : ( b + c – a ).( c + a – b ).( a + b – c ) ≤ abc (1) Giải b c a x 0 y z z x x y Đặt: c a b y 0 a ; b ; c . 2 2 2 a b c z 0 Khi đó ta có BĐT (1) tương đương với bất đẳng thức sau: xyyzzx xyz 222 xyyzzx Áp dụng BĐT Cô-si ta có: xyyzzxyz x (đpcm) 222 Bài 4: Cho ∆ABC. CMR: 111 p 222 (1) papc pb papbpc Giải p a x 0 111 xyz Đặt: p b y 0 thì (1) 222 (2) xyz xyz p c z 0 Ta có: 1 11 1 11 1 11 111111 VT (2) = 22 22 22 222222 2 xy 2 yz 2 xz xyyzxz 1 1 1 x y z xy yz zx xyz Dấu “ = ” xảy ra x = y = z a = b = c ∆ ABC đều. 21/23
22. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ  Đề tài "Một số kỹ thuật sử dụng bất đẳng thức Cô - si" bước đầu đã đạt được một số mục đích của người viết: - Học sinh rất hứng thú, không còn sợ bất đẳng thức nhưng lúc mới tiếp cận. - Học sinh bước đầu vận dụng bất đẳng thức Cô - si vào giải các dạng toán đơn giản như: chứng minh bất đẳng thức đơn giản; tìm cực trị đại số. - Học sinh có được các kỹ thuật cơ bản sử dụng bất đẳng thức Cô-si và ít mắc sai lầm khi vận dụng. - Học sinh giỏi vận dụng tốt bất đẳng thức Cô-si trong các kỳ thi học sinh giỏi, thi vào trường chuyên lớp chọn, thi vào lớp 10 THPT. Kết quả khảo sát trước và sau khi thực hiện đề tài (thực hiện với 52 học sinh lớp 9G và 50 học sinh đội tuyển thi học sinh giỏi cấp Quận và thi Olympic cấp Quận) Biết bất đẳng Từng áp dụng Đã biết về các Hứng thú khi thức Cô-Si BĐT Cô-si vào kỹ thuật sử vận dụng bất giải toán dụng BĐT Cô- đẳng thức Cô- si mà học sinh si biết Trước khi 52% 30% 38% 35% thực hiện đề tài Sau khi thực 100% 90% 100% 86% hiện đề tài Chúng ta đều biết vai trò quan trọng của bất đẳng thức nói chung và bất đẳng thức Cô-si trong toán học hiện nay. Vai trò này với học sinh giỏi toán, học sinh chuyên toán lại càng quan trọng. Nó giúp học sinh có những kiến thức nền về bất đẳng thức, từ đó các em có thể phát triển thêm tư duy về chứng minh, sử dụng bất đẳng thức trong việc giải các dạng toán từ đơn giản đến phức tạp. Tuy nhiên với góc nhìn của cá nhân, đề tài khó tránh khỏi các sai sót. Đặc biệt là các kỹ thuật sử dụng bất đẳng thức Cô-si chưa đầy đủ, hệ thống bài tập chưa phong phú. Người viết rất mong muốn nhận được các ý kiến đóng góp để đề tài được hoàn thiện hơn. Mọi ý kiến đóng góp vui lòng liên hệ: Nguyễn Cao Cường Trường THCS Thái Thịnh - Quận Đống Đa – Thành Phố Hà Nội Địa chỉ: 131 A - Phố Thái Thịnh – Quận Đống Đa – Thành Phố Hà Nội Email: nguyencaocuong.hanoi@gmail.com 22/23
23. TÀI LIỆU THAM KHẢO  1. Hà Văn Chương - 838 bài toán bât đẳng thức – NXB ĐHQG TPHCM. 2. Nguyễn Đức Tấn – Chuyên đề bất đẳng thức và ứng dụng trong đại số (THCS) – NXB Giáo dục 3. Trần Phương - Các phương pháp chứng minh BĐT - NXB TPHCM 4. Trần Phương – Những sai lầm thường gặp khi giải toán. 5. Nguyễn Vũ Thanh – Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi toán THCS : Đại Số - NXB Giáo dục. 6. Phạm Quốc Phong – Nâng cao đại số - NXB Giáo dục. 7. Nguyễn Văn Mậu -Giải phương trình vô tỉ bằng phương pháp không mẫu mực – NXB Giáo dục. 23/23