Lời giải:
Áp dụng BĐT AM-GM:
$\frac{1}{a^2+1}+\frac{a^2+1}{4a}\geq 2\sqrt{\frac{1}{4}}=1$
$a^2+1\geq 2a\Rightarrow \frac{9(a^2+1)}{4a}\geq \frac{9.2a}{4a}=\frac{9}{2}$
Cộng theo vế 2 BĐT trên ta có:
$\frac{1}{a^2+1}+\frac{5(a^2+1)}{2a}\geq \frac{11}{2}$
$\Leftrightarrow S\geq \frac{11}{2}$
Vậy $S_{\min}=\frac{11}{2}$ khi $a=1$