Lời giải:
Áp dụng BĐT Bunhiacopxky và BĐT AM-GM:
$F^2\leq (x+2x)(4-x^2+\frac{x^2+1}{2})=\frac{3x(9-x^2)}{2}$
$F^4\leq \frac{9}{4}x^2(9-x^2)^2=\frac{9}{8}.2x^2(9-x^2)(9-x^2)$
$\leq \frac{9}{8}.\left(\frac{2x^2+9-x^2+9-x^2}{3}\right)^3$
$=243$
$\Rightarrow F\leq 3\sqrt[4]{3}$
Vậy $F_{\max}=3\sqrt[4]{3}$ khi $x=\sqrt{3}$