Đề bài sai, phản ví dụ: \(a=b=0,c=1\)

BĐT này chỉ đúng khi a;b;c là độ dài 3 cạnh của 1 tam giác

đề học sinh giỏi cấp huyện

Ta có $(a^2+2)(b^2+2)(c^2+2)$

$=a^2b^2c^2+2\sum a^2b^2+4(a^2+b^2+c^2)+8

Suy ra $(a^2+2)(b^2+2)(c^2+2)-18-3(a^2+b^2+c^2)$

$=a^2b^2c^2+2\sum a^2b^2+(a^2+b^2+c^2)-10$

Đặt $s=a^2+b^2+c^2$

Ta có $s\ge ab+bc+ca=3$ và $\sum a^2b^2\ge ab+bc+ca=3$

(vì $ab+bc+ca=3$ và $\sum a^2b^2\ge \dfrac{(ab+bc+ca)^2}{3}$).

Do đó $a^2b^2c^2+2\sum a^2b^2+s-10$$\ge 0+2\cdot3+3-10$$=-1$

Mặt khác $\sum a^2b^2\ge \dfrac{(ab+bc+ca)^2}{3}=3$ nên $a^2b^2c^2+2\sum a^2b^2+s-10$

$\ge a^2b^2c^2+s-4$

Lại có $(ab+bc+ca)^2\ge 3abc(a+b+c)$

$\Rightarrow a+b+c\le \dfrac3{abc}$ và $s=(a+b+c)^2-6\ge \dfrac9{a^2b^2c^2}-6$

Đặt $t=abc$.

Khi đó $a^2b^2c^2+s-4\ge t^2+\dfrac9{t^2}-10$

$=\left(t-\dfrac3t\right)^2-4\ge0$

(vì từ $ab+bc+ca=3$ suy ra $t\le1$).

Vậy $\boxed{(a^2+2)(b^2+2)(c^2+2)-18\ge 3(a^2+b^2+c^2)}.$

Dấu bằng khi $\boxed{a=b=c=1.}$

TA có: \(3\left(a^2+b^2+c^2\right)-\left(a+b+c\right)^2\)

\(=3a^2+3b^2+3c^2-a^2-b^2-c^2-2ab-2ac-2bc\)

\(=2a^2+2b^2+2c^2-2ab-2ac-2bc\)

\(=\left(a^2-2ab+b^2\right)+\left(a^2-2ac+c^2\right)+\left(b^2+c^2-2bc\right)=\left(a-b\right)^2+\left(a-c\right)^2+\left(b-c\right)^2\ge0\forall a,b,c\)

=>\(3\left(a^2+b^2+c^2\right)\ge\left(a+b+c\right)^2\) (1)

Ta có: \(\left(a+b+c\right)^2-3\left(ab+ac+bc\right)\)

\(=a^2+b^2+c^2+2ab+2ac+2bc-3ab-3ac-3bc\)

\(=a^2+b^2+c^2-ab-ac-bc=\frac12\left(2a^2+2b^2+2c^2-2ab-2ac-2bc\right)\)

\(=\frac12\cdot\left\lbrack\left(a^2-2ab+b^2\right)+\left(a^2-2ac+c^2\right)+\left(b^2+c^2-2bc\right)\right\rbrack\)

\(=\frac12\cdot\left\lbrack\left(a-b\right)^2+\left(a-c\right)^2+\left(b-c\right)^2\right\rbrack>=0\forall a,b,c\)

=>\(\left(a+b+c\right)^2\ge3\left(ab+ac+bc\right)\) (2)

Từ (1),(2) suy ra \(3\left(a^2+b^2+c^2\right)\ge\left(a+b+c\right)^2\ge3\left(ab+ac+bc\right)\)

=>2a^2+2b^2+2c^2-2ab-2bc-2ac>=0

=>(a-b)^2+(b-c)^2+(a-c)^2>=0(luôn đúng)

Xét hiệu a^2+b^2+c^2-ab-ac-bc=1/2.2(a^2+b^2+c^2-ab-ac-bc)

=1/2(2a^2+2b^2+2c^2-2ab-2ac-2bc)

=1/2[(a^2-2ab+b^2)+(a^2-2ac+c^2)+(b^2-2bc+c^2)]
=1/2.[(a-b)^2+(a-c)^2+(b-c)^2]

vì (a-b)^2+(a-c)^2+(b-c)^2>=0
nên 1/2.[(a-b)^2+(a-c)^2+(b-c)^2]>=0
hay a^2+b^2+c^2-ab-ac-bc >=0<=> a^2+b^2+c^2>=ab+ac+bc

\(\left(a+b+c\right)^2=a^2+b^2+c^2\Leftrightarrow ab+bc+ca=0\)

\(\Rightarrow a^3b^3+b^3c^3+c^3a^3=3a^2b^2c^2\)

Ta có:

\(\dfrac{bc}{a^2}+\dfrac{ac}{b^2}+\dfrac{ab}{c^2}=\dfrac{a^3b^3+b^3c^3+c^3a^3}{a^2b^2c^2}=\dfrac{3a^2b^2c^2}{a^2b^2c^2}=3\)

Lời giải:

Tìm min:

Theo BĐT AM-GM thì: $P=a^2+b^2+c^2\geq ab+bc+ac$ hay $P\geq 9$

Vậy $P_{\min}=9$. Giá trị này đạt tại $a=b=c=\sqrt{3}$

-----------

Tìm max:

$P=a^2+b^2+c^2=(a+b+c)^2-2(ab+bc+ac)=(a+b+c)^2-18$

Vì $a,b,c\geq 1$ nên:

$(a-1)(b-1)\geq 0\Leftrightarrow ab+1\geq a+b$

Hoàn toàn tương tự: $bc+1\geq b+c; ac+1\geq a+c$

Cộng lại: $2(a+b+c)\leq ab+bc+ac+3=12$

$\Rightarrow a+b+c\leq 6$

$\Rightarrow P=(a+b+c)^2-18\leq 6^2-18=18$

Vậy $P_{\max}=18$. Giá trị này đạt tại $(a,b,c)=(1,1,4)$ và hoán vị