Kvant

Bản dịch tự động sơ bộ, chất lượng thấp: có thể còn lỗi và câu chữ chưa tự nhiên. Bản này sẽ được thay bằng bản dịch tốt hơn. Bản gốc →

Một bất đẳng thức hình học

Trong «Kvant» số 7 của năm nay (trang 65), giả định sau đã được đưa ra:
920(ab+bc+ca)≤mamb+mbmc+mcma, \dfrac9{20}(ab+bc+ca)\le m_am_b+m_bm_c+m_cm_a,
trong đó aa, bb, cc, mam_a, mbm_b, mcm_c là độ dài của các cạnh và theo đó là đường trung tuyến của một tam giác tùy ý.

Dưới đây là một bằng chứng “hình học” của tuyên bố này.

Bổ đề 1. ma+mb+mc<a+b+cm_a+m_b+m_c\lt a+b+c.

Bổ đề 2. a2+b2+c2<2(ab+ac+bc)a^2+b^2+c^2\lt2(ab+ac+bc).

Bổ đề 3. ma2+mb2+mc2=34(a2+b2+c2)m_a^2+m_b^2+m_c^2=\dfrac34(a^2+b^2+c^2).

Hãy tự mình chứng minh các bổ đề này.

Bổ đề 4. mamb+mbmc+mamc<54(ab+bc+ac)m_am_b+m_bm_c+m_am_c\lt\dfrac54(ab+bc+ac).

Bằng chứng. Theo Bổ đề 1, (ma+mb+mc)2<(a+b+c)2(m_a+m_b+m_c)^2\lt(a+b+c)^2, tức là
ma2+mb2+mc2+2mamb+2mbmc+2mamc<<(a2+b2+c2)+2ab+2bc+2ac, \begin{gather*} m_a^2+m_b^2+m_c^2+2m_am_b+2m_bm_c+2m_am_c\lt\\ \lt(a^2+b^2+c^2)+2ab+2bc+2ac, \end{gather*}
từ đó, theo Bổ đề 3 và 2:
2mamb+2mbmc+2mamc<14(a2+b2+c2)+2(ab+bc+ac)<52(ab+bc+ac), 2m_am_b+2m_bm_c+2m_am_c\lt\dfrac14(a^2+b^2+c^2)+2(ab+bc+ac)\lt\dfrac52(ab+bc+ac),
Q.E.D.

Bổ đề 5. Nếu chúng ta dựng các đường trung tuyến trong một tam giác có các cạnh 13ma\dfrac13m_a, 13mb\dfrac13m_b và 13mc\dfrac13m_c thì độ dài của chúng sẽ bằng 14a\dfrac14a, 14b\dfrac14b và 14c\dfrac14c.

Bằng chứng. Đặt GG là trọng tâm của tam giác, ABCABC, AMAM, BKBK và CPCP là các đường trung tuyến, RR là trung điểm của đoạn BGBG. Theo cách xây dựng, ∣RG∣=13mb|RG|=\dfrac13m_b, ∣PG∣=13mc|PG|=\dfrac13m_c và PRPR là đường giữa trong tam giác ABGABG, từ đó ∣PR∣=12∣AG∣=13ma|PR|=\dfrac12|AG|=\dfrac13m_a. Vì vậy, tam giác PRGPRG là tam giác mong muốn. Hãy vẽ một trung vị PQPQ trong đó. Nó là đường trung bình trong tam giác ABKABK và do đó ∣PQ∣=12∣AK∣=14a|PQ|=\dfrac12|AK|=\dfrac14a.

Tuyên bố của bổ đề đã được chứng minh.

Bây giờ áp dụng Bổ đề 4 cho tam giác PRGPRG, chúng ta thu được bất đẳng thức cần thiết.