a²(1+b²) + b²(1+c²) + c²(1+a²) = a² + a²b² + b² + b²c² + c² + a²c²

Áp dụng bất đẳng thức Cô si cho 6 số không âm a², a²b², b², b²c², c², a²c² ta được:

a² + a²b² + b² + b²c² + c² + a²c² >= 6\(\sqrt{a^6b^6c^6}\)= 6abc

=> a²(1+b²) + b²(1+c²) + c²(1+a²) >= 6abc

Dấu = xảy ra khi

a²=a²b²=b²=b²c²=c²=a²c² 

a=b=c=+-1

\(a^2\left(1+b^2\right)+b^2\left(1+c^2\right)+c^2\left(1+a^2\right)=a^2+b^2+c^2+a^2b^2+b^2c^2+a^2c^2.\)

áp dụng bất đẳng thức cô si cho 6 số \(a^2,b^2,c^2,a^2b^2,b^2c^2,a^2c^2\)ta được 

\(a^2+b^2+c^2+a^2b^2+b^2c^2+a^2c^2\ge6\sqrt[6]{a^2.b^2.c^2.a^2b^2.b^2c^2.a^2c^2}=6\sqrt[6]{a^6.b^6.c^6}=6.abc\)

+ \(c^2+1\ge2c\) \(\forall c\)

\(\Rightarrow a^2\left(c^2+1\right)\ge2a^2c\)

Dấu "=" xảy ra \(\Leftrightarrow c=1\)

+ Tương tự ta có :

\(c^2\left(b^2+1\right)\ge2bc^2\). Dấu "=" xảy ra \(\Leftrightarrow b=1\)

\(b^2\left(a^2+1\right)\ge2ab^2\). Dấu "=" xảy ra \(\Leftrightarrow a=1\)

do đó : \(a^2\left(c^2+1\right)+c^2\left(b^2+1\right)+b^2\left(a^2+1\right)\)

\(\ge2\left(a^2c+bc^2+ab^2\right)\)

Dấu "=" xảy ra \(\Leftrightarrow a=b=c=1\)

Áp dụng bđt AM-GM cho 3 số dương \(a^2c;bc^2;ab^2\) ta có :

\(a^2c+bc^2+ab^2\ge3\sqrt[3]{a^2c\cdot bc^2\cdot ab^2}=3abc\)

Dấu "=" xảy ra \(\Leftrightarrow a^2c=bc^2=ab^2\Leftrightarrow a=b=c\)

Do đó : \(a^2\left(c^2+1\right)+c^2\left(c^2+1\right)+b^2\left(a^2+1\right)\)

\(\ge2\cdot3abc=6abc\)

Dấu "=" xảy ra \(\Leftrightarrow a=b=c=1\)

Nghĩ đơn giản ra

VT = a² + c²a² + c² + b²c² + b² + a²b² ≥ \(6\sqrt[6]{a^6b^6c^6}\) = 6abc

Đặt \(x=a+b+c;y=ab+bc+ac;z=abc\)

Suy ra : \(2\left(1+abc\right)+\sqrt{2\left(1+a^2\right)\left(1+b^2\right)\left(1+c^2\right)}\ge\left(1+a\right)\left(1+b\right)\left(1+c\right)\)

\(\Leftrightarrow2\left(1+z\right)+\sqrt{2\left(x^2+y^2+z^2-2xz-2y+1\right)}\ge x+y+z+1\)

\(\Leftrightarrow2\left(x^2+y^2+z^2-2xz-2y+1\right)\ge\left(x+y-z-1\right)^2\)

\(\Leftrightarrow x^2+y^2+z^2-2xy-2xz+2x+2yz-2y-2z+1\ge0\)

\(\Leftrightarrow\left(x-y-z+1\right)^2\ge0\) (luôn đúng)

Vậy bđt ban đầu được chứng minh