Giả sử x, y, z là các số thực không âm thỏa mãn \(0< (x+y)^2+(y+z)^2+(z+x)^2\leq 2\) Tìm giá trị lớn nhất của biểu thức \(P = 4^x+4^y+4^x+ln(x^4+y^4+z^4)-\frac{3}{4}(x+y+z)^4\)
Từ giả thiết suy ra \(0\leq x,y,z\leq 1\) và \(x^2+y^2+z^2\leq 1\) Xét hàm số \(g'(t)=4'-3t-1, t\in \left [ 0;1 \right ]\). Ta có \(g'(t)=4'ln4-3\) Suy ra \(g'(t)=0\Leftrightarrow t=log_4\frac{3}{ln4}=t_0;g'(t)> 0\Leftrightarrow t>t_0\) và \(g'(t)<0\Leftrightarrow t Vì \(1<\frac{3}{ln4}< 4\) nên \(0 Suy ra bảng biến thiên
Suy ra \(g(t)\leq 0\) với mọi \(t\in \left [ 0;1 \right ]\) hay \(4'\leq 3t+1\) với mọi \(t\in \left [ 0;1 \right ]\) Mặt khác, do \(0\leq x,y,z\leq 1\) nên \(x^4+y^4+z^4\leq x^2+y^2+z^2\leq 1\) Từ đó ta có \(P\leq 3+3(x+y+z)+ln(x^4+y^4+z^4)-\frac{3}{4}(x+y+z)^4\) \(\leq 3+3(x+y+z)-\frac{3}{4}(x+y+z)^4\) Đặt x + y + z = u, khi đó \(u\geq 0\) và \(P\leq 3+3u-\frac{3}{4}u^4\)
Xét hàm số \(f(u)=3+3u-\frac{3}{4}u^{4}\) với \(u\geq 0.\) Ta có \(f(u)=3-3u^3\) và \(f'(u)=0\Leftrightarrow u=1\) Suy ra bảng biến thiên
Dựa vào bảng biến thiên ta có \(f(u)\leq \frac{21}{4}\)với mọi \(u\geq 0\). Suy ra \(P\leq \frac{21}{4}\), dấu đẳng thức xảy ra khi \(x=1,y=z=0\) hoặc các hoán vị. Vậy giá trị lớn nhất của P là \(\frac{21}{4}\)