Chứng minh rằng ta luôn có : cosA + cosB + cosC ≤ 3/2
trong đó A, B, C là ba góc của một tam giác bất kì .
(Chứng minh theo thứ tự chương trình học Phổ thông)
Cách 1: Dùng tỉ số Diện Tích
Kẻ các đường cao AD, BE, CF
Đặt S∆AEF = S1, S∆BF D = S2, S∆CED = S3, S∆ABC = S
cách chứng minh khác nhau cho bất đẳng thức quen thuộc 1 Chứng minh rằng ta luôn có : cosA+ cosB + cosC ≤ 3 2 trong đó A, B, C là ba góc của một tam giác bất kì . (Chứng minh theo thứ tự chương trình học Phổ thông) Cách 1: Dùng tỉ số Diện Tích Kẻ các đường cao AD, BE, CF Đặt S∆AEF = S1, S∆BFD = S2, S∆CED = S3, S∆ABC = S ⇒ cosA = √ S1 S ; cosB = √ S2 S ; cosC = √ S3 S√ S1 S = √ AF.AE AB.AC ≤ 1 2 ( AF AB + AE AC )(1) Tương tự√ S2 S =≤ 1 2 ( FB AB + BD BC )(2)√ S3 S =≤ 1 2 ( CD BC + CE AC )(3) Cộng (1), (2), (3) ta có cosA+ cosB + cosC ≤ 1 2 ( AF AB + AE AC ) + 1 2 ( FB AB + BD BC ) + 1 2 ( CD BC + CE AC ) = 3 2 (đpcm) Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi tam giác ABC đều. Cách 2: Vận dụng bất đẳng thức :Erdos-Mordell Cho tam giác ABC. M là một điểm bất kì nằm trong tam giác . Đặt x1 = MA,x2 = MB,x3 = MC , và p1, p2, p3 lần lượt là khoảng cách từ M đến BC, CA, AB tương ứng. Khi đó ta có bất đẳng thức x1 + x2 + x3 ≥ 2(p1 + p2 + p3) Vận dụng giải bài trên: Gọi O , R là tâm và bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC. Gọi M, N, P lần lượt là trung điểm của cạnh AB, BC, CA.. Ta dễ dàng nhận thấy  = M̂OB. Do đó :cosA = cos(M̂OB) = OM OB = OM R Tương tự cosB = ON R ; cosC = OP R Do đó cosA+cosB+cosC = OM +ON +OP R ≤ 1 2 ( OA+OB +OC R ) = 3 2 ( đpcm).(Erdos- Mordell) Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi tam giác ABC đều. Cách 3: Sử dụng BĐT Trêbưsep. Gọi a, b, c là ba cạnh tam giác, sử dụng công thức hình chiếu ta có: a = c.cosB + b.cosC, b = a.cosC + c.cosB, c = a.cosB + b.cosA, Cộng ba biểu thức trên ta có: a+ b+ c = (c+ b)cosA+ (a+ c)cosB + (a+ b)cosC Không mất tính tổng quát giả sử: a ≥ b ≥ c, ta có:{ cosA ≤ cosB ≤ cosC (c+ b) ≤ (a+ c) ≤ (a+ b) Do đó :a+ b+ c = (c+ b)cosA+ (a+ c)cosB + (a+ b)cosC ≥ 1 3 (cosA+ cosB + cosC)(c+ b+ a+ c+ a+ b) ( Trêbưsep) 1laisac 1 ⇒ cosA+ cosB + cosC ≤ 3 2 (đpcm) Đẳng thức xảy ra khi tam giác ABC đều. Cách 4: Phuong pháp vectơ. Gọi I và r lần lượt là tâm và bán kính đường tròn nội tiếp tam giác ABC, và M, N, P lần lượt là tiếp điểm của đường tròn đó với các cạnh AB, AC, BC ,ta có 0 ≤ (−−→IM +−→IN +−→IP )2 ⇔0 ≤ 3r2 + 2(−→IM.−→IN +−−→IM.−→IP +−→IP .−→IN) (*) Ta nhận thấy −→ IM. −→ IN = 2r2cosM̂IN = −2r2cosA ( Vì M̂IN và góc A bù nhau) Tương tự : −−→ IM. −→ IP = −2r2cosB, −→IP .−→IN = −2r2cosC Vậy từ (*) suy ra cosA+ cosB + cosC ≤ 3 2 (dpcm) Cách 5: Phuong pháp vectơ. Lấy A, B, C lần lượt là ba gốc của ba véctơ đơn vị sau −→e1 = −→ AB AB , −→e2 = −→ BC BC , −→e3 = −→ CA CA . Ta có :0 ≤ (−→e1 +−→e2 +−→e3)2 ⇔0 ≤ 3 + 2(−→e1e2 +−→e2e3 +−→e3e1) 0 ≤ 3− 2(cosA+ cosB + cosC) ⇔ cosA + cosB + cosC ≤ 3 2 Cách 6: Quan hệ bất đẳng thức Schur. cosA+ cosB + cosC ≤ 3 2 ⇔b 2 + c2 − a2 2bc + a2 + c2 − b2 2ac + a2 + b2 − c2 2ab ≤ 3 2⇔b2a+ c2a+ c2b+ a2b+ a2c+ b2c ≤ 3abc ⇔ a(a− b)(a− c) + b(b− c)(b− a) + c(c− a)(c− b) ≥ 0( Schur) 2 Cách 7: Sử dụng tam thức bậc hai. Xét cosA+ cosB + cosC − 3 2 = 2cos( A+B 2 )cos( A−B 2 ) + 1− 2sin2C 2 − 3 2 = 2sin( C 2 )cos( A−B 2 )− 2sin2(C 2 )− 1 2 Đặt x = sin( C 2 ). Xét tam thức f(x) = −2x2 + 2cos(A −B 2 ).x− 1 2 Có (∆)′ = cos2( A−B 2 )− 1 ≤ 0, và hệ số a = −2 < 0,Nên f(x) ≤ 0 với mọi x Hay cosA+ cosB + cosC ≤ 3 2 Cách 8: Sử dụng hàm số. Ta có cosA+ cosB + cosC = 2cos( A+B 2 )cos( A−B 2 ) + 1 − 2sin2C 2 . Đặt x = sin( C 2 ), điều kiện 0 < x < 1.Xét hàm số f(x) = −2x2 + 2cos(A −B 2 ).x+ 1 Lập bảng xét dấu ta có f(x) ≤ fMax(x) = 1 + 1 2 cos( A−B 2 ) ≤ 3 2 Cách 9: Tổng bình phương. Xét cosA+ cosB + cosC − 3 2 = 2cos( A+B 2 )cos( A−B 2 )− 2sin2C 2 − 1 2 = −2[sin(C 2 )− 1 2 cos( A−B 2 )]2 − 1 2 sin2( A−B 2 ) ≤ 0 (Đúng) Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi A=B=C Cách 10: BĐT lượng giác cơ bản Ta có : cosA+ cosB + cosC = 2cos( A +B 2 )cos( A−B 2 ) + cosC ≤ 2cos(A +B 2 ) + cosC ( đẳng thức xảy ra khi A=B) = 2sin( C 2 )− 2sin2(C 2 ) + 1 = −2[sin(C 2 )− 1 2 ]2 + 3 2 ≤ 3 2 ( đẳng thức xảy ra khi Cˆ = 600) 2laisac 2 Vậy :cosA+ cosB + cosC ≤ 3 2 Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi tam giác ABC đều. Cách 11: Đánh Giá BĐT -Tam giác ABC không nhọn, Giả sử góc A ≥ 900 Ta có :cosA + cosB = 2cos( A +B 2 ).cos( A−B 2 ) ≤ 2cos(A +B 2 ) (1) cosC + cos600 = 2cos( C + 600 2 ).cos( C − 600 2 ) ≤ 2cos(C + 60 0 2 ) (2) Cộng (1) và (2) vế theo vế ta có: cosA+ cosB + cosC + cos600 ≤ 2[cos(A+B 2 ) + cos( C + 600 2 )] = 4cos( A +B + C + 600 4 ) = 4cos600 (3) Suy ra cosA+ cosB + cosC ≤ 3cos600 = 3 2 Nếu A nhọn, thì (1), (2), (3) đều thỏa mãn. Cách 12: Hàm lồi Nếu tam giác không nhọn, luôn đúng ! : Xét hàm số f(x) = cosx trong (0; pi 2 ) Ta có f’(x) = -sinx , f”(x)=-cosx <0 với ∀x ∈ (0; pi 2 ) Do đó hàm f(x) = cosx lồi trên (0; pi 2 ) Do đó f(A) + f(B) + f(C) ≤ 3f(A+B + C 3 ) ⇔ cosA+ cosB + cosC ≤ 3cos(pi 3 ) = 3 2 Đẳng thức xảy ra khi tam giác ABC đều hết 3
Tài liệu đính kèm: