Áp dụng BĐT Cauchy ta có:
$a^5+a \ge 2\sqrt{a^5.a}=2a^3$
$↔ a^5 \ge 2a^3-a\ (1)$
$b^5+b \ge 2\sqrt{b^6.b}=2b^3$
$↔ b^5 \ge 2b^3-b\ (2)$
Cộng $(1)$ và $(2)$ ta được:
$a^5+b^5 \ge 2a^3-a+2b^3-b$
Mà $a^3+b^3 = a^5+b^5$
$→ a^3+b^3\ge 2a^3-a+2b^3-b$
$↔ -a^3-b^3\ge -a-b$
$↔ a^3 + b^3\le a+b$
$↔ (a+b)(a^2-ab+b^2)\le a+b$
$↔ a^2-ab+b^2\le 1$
$↔ a^2+b^2\le 1+ab$ (đpcm)
Dấu $"="$ xảy ra khi $a=b=1$