Cot A>3 

Khi \(\cot x\) là một hàm lồi trên \(\left(0,\frac{\pi}{2}\right)\), và \(A,B,C\in\left(0,\frac{\pi}{2}\right)\), ta có: 

\(\cot A+\cot B+\cot C\ge3\cot\left(\frac{A+B+C}{3}\right)=\sqrt{3}\)

Theo BĐT Jensen ta được ĐPCM 

Cách khác: 

Sử dụng đồng nhất thức ta có:

\(\tan A+\tan B+\tan C=\tan A\tan B\tan C\)

Vì vậy \(\cot A\cot B+\cot B\cot C+\cot C\cot A=1\) 

Và \(\left(\cot A-\cot B\right)^2+\left(\cot B-\cot C\right)^2+\left(\cot C-\cot A\right)^2\ge0\)

Vì vậy \(\cot^2A+\cot^2B+\cot^2C\ge1\)

Vì vậy \(\left(\cot A+\cot B+\cot C\right)^2=\cot^2A+\cot^2B+\cot^2C+2\left(\cot A\cot B+\cot B\cot C+\cot C\cot A\right)\ge3\)

Vậy \(\cot A+\cot B+\cot C\ge\sqrt{3}\)

Dấu "=" xảy ra khi \(\cot A=\cot B=\cot C\) (Cách này ko chắc 100% đúng)

gọi H là trực tâm các đường cao BI,CF,AE

Ta có : \(\cot A=\frac{AI}{BI}=\frac{AF}{FC}\) ; \(\cot B=\frac{BE}{AE}=\frac{BF}{FC}\); \(\cot C=\frac{CI}{BI}=\frac{CE}{AE}\)

\(\Rightarrow\cot A.\cot B+\cot B.\cot C+\cot C.\cot A=\frac{AI}{BI}.\frac{BE}{AE}+\frac{BF}{FC}.\frac{CI}{BI}+\frac{CE}{AE}.\frac{AF}{FC}\)

\(\Delta AFH~\Delta AEB\left(g.g\right)\Rightarrow\frac{AF}{AH}=\frac{AE}{AB}\Rightarrow\frac{AF}{AE}=\frac{AH}{AB}\)

\(\Rightarrow\frac{CE}{AE}.\frac{AF}{FC}=\frac{CE.AH}{AB.CF}=\frac{S_{ACH}}{S_{ABC}}\)

Tương tự : \(\frac{AI}{BI}.\frac{BE}{AE}=\frac{S_{BHA}}{S_{ABC}};\frac{BF}{FC}.\frac{CI}{BI}=\frac{S_{BCH}}{S_{ABC}}\)

\(\Rightarrow\cot A.\cot B+\cot B.\cot C+\cot C.\cot A=\frac{S_{BHA}+S_{BHC}+S_{AHC}}{S_{ABC}}=1\)

Áp dụng hệ quả của định lí sin và định lí cosin, ta có:

\(\frac{a}{{\sin A}} = 2R \Rightarrow \sin A = \frac{a}{{2R}}\)

và \(\cos A = \frac{{{b^2} + {c^2} - {a^2}}}{{2bc}}\)

\( \Rightarrow \cot A = \frac{{\cos A}}{{\sin A}} = \frac{{{b^2} + {c^2} - {a^2}}}{{2bc}}:\frac{a}{{2R}} = R.\frac{{{b^2} + {c^2} - {a^2}}}{{abc}}\)

Tương tự ta có: \(\cot B = R.\frac{{{a^2} + {c^2} - {b^2}}}{{abc}}\) và \(\cot C = R.\frac{{{a^2} + {b^2} - {c^2}}}{{abc}}\)

\(\begin{array}{l} \Rightarrow \cot A + \cot B + \cot C = \frac{R}{{abc}}\left[ {\left( {{b^2} + {c^2} - {a^2}} \right) + \left( {{a^2} + {c^2} - {b^2}} \right) + \left( {{a^2} + {b^2} - {c^2}} \right)} \right]\\ = \frac{R}{{abc}}\left( {2{b^2} + 2{c^2} + 2{a^2} - {a^2} - {c^2} - {b^2}} \right) = \frac{{R({a^2} + {b^2} + {c^2})}}{{abc}}\end{array}\)

`Answer:`

a) \(a^2=b^2+c^2-2bc\cos A\)

\(2S=bc.\sin A\)

\(\Rightarrow2bc=\frac{4S}{\sin A}\)

\(\Rightarrow a^2=b^2+c^2-\frac{4S\cos A}{\sin A}=b^2+c^2-4S\cot A\)

\(\Rightarrow\cot A=\frac{b^2+c^2-a^2}{4S}\)

\(cotA+cotB+cotC\ge\frac{p^2}{3S}\)

<=> \(cotA.S+cotB.S+cotC.S\ge\frac{p^2}{3}\)

MÀ \(S=\frac{1}{2}ab.sinC=\frac{1}{2}bc.SinA=\frac{1}{2}ac.SinB\)

=> \(\frac{1}{2}bc.cosA+\frac{1}{2}ab.cosC+\frac{1}{2}ac.cosC\ge\frac{p^2}{3}\)

Áp dụng công thức hàm cos ta có \(cosA=\frac{b^2+c^2-a^2}{2bc};cosB=\frac{a^2+c^2-b^2}{2ac};cosC=\frac{b^2+a^2-c^2}{2ab}\)

ĐPCM

<=> \(\frac{1}{4}\left(a^2+b^2-c^2\right)+\frac{1}{4}\left(b^2+c^2-a^2\right)+\frac{1}{4}\left(a^2+c^2-b^2\right)\ge\frac{\left(\frac{a+b+c}{2}\right)^2}{3}\)

<=> \(a^2+b^2+c^2\ge\frac{1}{3}\left(a+b+c\right)^2\)

<=> \(a^2+b^2+c^2\ge ab+bc+ac\)luôn đúng 

=> ĐPCM

Dấu bằng xảy ra khi a=b=c  => Tam giác ABC đều 

Vậy \(cotA+cotB+cotC\ge\frac{p^2}{3S}\)

Gọi AH,BK,CL là 3 đường cao của \(\Delta\)ABC. Khi đó:

\(\cot B=\frac{BH}{HA},\cot C=\frac{CH}{HA}\) suy ra \(\cot B+\cot C=\frac{BC}{HA}\)

Chứng minh tương tự rồi cộng theo vế ta được: 

\(2\left(\cot A+\cot B+\cot C\right)=\frac{BC}{HA}+\frac{CA}{KB}+\frac{AB}{LC}\)

\(=\frac{BC^2}{2S}+\frac{CA^2}{2S}+\frac{AB^2}{2S}\ge\frac{\left(BC+CA+AB\right)^2}{6S}=\frac{2p^2}{3S}\)(BĐT Schwartz)

Do đó \(\cot A+\cot B+\cot C\ge\frac{p^2}{3S}\)(đpcm).

Dấu "=" xảy ra khi và chỉ khi tam giác ABC là tam giác đều.