Cho các số dương x, y, z thỏa mãn x > y và (x + z) (z + y) = 1. Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức \(P=\frac{1}{(x-y)^{2}}+\frac{4}{(x+z)^{2}}+\frac{4}{(y+z)^{2}}\)
Khi đó \(P\geq \frac{a^{2}}{(a^{2}-1)^{2}}+3a^{2}+4\)
Đặt \(t=a^{2}>1.\) Xét hàm số \(f(t)=\frac{t}{(t-1)^{2}}+3t+4\) với t > 1
Ta có \(f'(t)=\frac{-t-1}{(t-1)^{3}}+3\Rightarrow f'(t)=0\Leftrightarrow (t-2)(3t^{2}-3t+2)=0\Leftrightarrow t=2\)
Bảng xét dấu:
Từ bảng biến thiên có \(f(t)\geq 12,\forall t>1.\) Từ (1) và (2) \(P\geq 12.\) Bất đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi \(\left\{\begin{matrix} x+z=\sqrt{2}\\y+z=\frac{1}{\sqrt{2}} \end{matrix}\right..\) Chẳng hạn khi \(\left\{\begin{matrix} x=1;z=\sqrt{2}-1\\ y=\frac{1}{\sqrt{2}}-\sqrt{2}+1=1-\frac{1}{\sqrt{2}} \end{matrix}\right.\)