Cho các số dương x, y, z thỏa mãn x > y và \((x+z)(y+z)=1\). Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức\(P=\frac{1}{(x-y)^2}+\frac{4}{(x+z)^2}+\frac{4}{(y+z)^2}\)
Đặt x + z = a. Từ giả thiết \((x+z)(y+z)=1\Rightarrow y+z=\frac{1}{a}\) Vì \(x>y\Rightarrow x+z> y+z\Rightarrow a=x+z>1\) Ta có \(x-y=x+z-(y+z)=a-\frac{1}{a}=\frac{a^2-1}{a}\), thay vào P ta được: \(P=\frac{a^2}{(a^2-1)^2}+\frac{4}{a^2}+4a^2=\frac{a^2}{(a^2-1)^2}+3a^2+a^2+\frac{4}{a^2}\)
Theo BĐT giữa TBC và TBN ta có \(P\geq \frac{a^2}{(a^2-1)^2}+3a^2+4\) Xét hàm \(f(t)=\frac{t}{(t-1)^2}+3t+4\) với \(t=a^2>1\) \(f'(t)=\frac{-t-1}{(t-1)^2}+3;f'(t)=0\Leftrightarrow t=2\) Bảng biến thiên
Từ bảng biến thiên ta nhận thấy \(f(t)\geq 12\forall t> 1\) Hay \(\underset{(1;+\infty )}{min}y(t)=12\Leftrightarrow t=2\) Vậy ta có \(P_{min}=12\Leftrightarrow \left\{\begin{matrix} x+z=\sqrt{12}\\ y+z=\frac{1}{\sqrt{2}} \end{matrix}\right.\)