Đặt \(\left\{{}\begin{matrix}a+b+c=p\Rightarrow p=2\\ab+bc+ca=q\\abc=r\end{matrix}\right.\) \(\Rightarrow0\le q\le\frac{1}{3}p^2=\frac{4}{3}\)
Ta cần chứng minh: \(q^2-2pr-2r\le1\Leftrightarrow q^2-6r\le1\)
TH1: \(0\le q< 1\Rightarrow q^2-6r\le q^2< 1\) \(\Rightarrow\) BĐT đúng
TH2: \(1\le q\le\frac{4}{3}\)
Theo Schur: \(r\ge\frac{p\left(4q-p^2\right)}{9}=\frac{8\left(q-1\right)}{9}\Rightarrow q^2-6r\le q^2-\frac{16}{3}\left(q-1\right)\)
Do đó ta chỉ cần chứng minh: \(q^2-\frac{16}{3}\left(q-1\right)\le1\)
\(\Leftrightarrow3q^2-16q+13\le0\)
\(\Leftrightarrow\left(q-1\right)\left(3q-13\right)\le0\) (luôn đúng \(\forall x\in\left[1;\frac{4}{3}\right]\))
BĐT được chứng minh hoàn tất
Dấu "=" xảy ra khi \(\left(a;b;c\right)=\left(0;1;1\right)\) và hoán vị
Ta chứng minh bất đẳng thức mạnh hơn: \(a^2b^2+b^2c^2+c^2a^2+\frac{11}{8}abc\le1\)
Thật vậy: \(VP-VT=\frac{1}{32}\sum\left(a-b\right)^2\left(a+b-c\right)^2+\frac{5}{16}\sum ab\left(a-b\right)^2\ge0\)
Đẳng thức xảy ra khi $a=b=1,c=0$ và các hoán vị.
