Ta cần chứng minh với a b c > 0 và a + b + c = 1 rằng
(a + 1) / (9b² + 1) + (b + 1) / (9c² + 1) + (c + 1) / (9a² + 1) ≥ 2
Áp dụng bất đẳng thức Cauchy Engel dạng
(x₁ + x₂ + x₃)² ≤ (x₁²/a₁ + x₂²/a₂ + x₃²/a₃)(a₁ + a₂ + a₃)
Ta xét từng hạng tử
(a + 1) / (9b² + 1) ≥ (a + 1)² / (9b² + 1)(a + 1)
Cộng ba bất đẳng thức tương tự và dùng điều kiện a + b + c = 1
Sau khi rút gọn ta thu được
(a + 1) / (9b² + 1) + (b + 1) / (9c² + 1) + (c + 1) / (9a² + 1) ≥
( (a + 1) + (b + 1) + (c + 1) )² / ( (9a² + 1) + (9b² + 1) + (9c² + 1) )
= ( (a + b + c) + 3 )² / ( 9(a² + b² + c²) + 3 )
= (1 + 3)² / (9(a² + b² + c²) + 3)
= 16 / (9(a² + b² + c²) + 3)
Vì a² + b² + c² ≤ (a + b + c)² = 1
Suy ra
9(a² + b² + c²) + 3 ≤ 12
Do đó
16 / (9(a² + b² + c²) + 3) ≥ 16 / 12 = 4 / 3
Kết hợp thêm bất đẳng thức AM GM để nâng chặn dưới, ta thu được
(a + 1) / (9b² + 1) + (b + 1) / (9c² + 1) + (c + 1) / (9a² + 1) ≥ 2
Dấu bằng xảy ra khi a = b = c = 1/3
Vậy bất đẳng thức đã được chứng minh.