Với mọi \(a,b\) thì ta luôn có: \(a^4+b^4\ge\frac{\left(a+b\right)^4}{8}\)
Thật vậy, dễ dàng chứng minh được bất đẳng thức \(a^2+b^2\ge\frac{\left(a+b\right)^2}{2}\) \(\left(1\right)\) (dùng phép biến đổi tương đương)
Do đó, áp dụng bất đẳng thức \(\left(1\right)\), ta có: \(a^4+b^4=\left(a^2\right)^2+\left(b^2\right)^2=\frac{\left(a^2+b^2\right)^2}{2}\) \(\left(2\right)\)
Mặt khác, từ \(\left(1\right)\), ta suy ra \(\left(a^2+b^2\right)^2\ge\left[\frac{\left(a+b\right)^2}{2}\right]^2\) (bình phương hai vế không âm)
nên \(\left(a^2+b^2\right)^2\ge\frac{\left(a+b\right)^4}{4}\)
Chia cả hai vế luôn dương của bất đẳng thức trên cho \(2\), ta được:
\(\frac{\left(a^2+b^2\right)^2}{2}\ge\frac{\left(a+b\right)^4}{8}\) \(\left(3\right)\)
Từ \(\left(2\right)\) và \(\left(3\right)\), ta có: \(a^4+b^4\ge\frac{\left(a+b\right)^4}{8}\) (điều phải chứng minh)
Mà \(a+b=4\) (theo giả thiết) nên \(a^4+b^4\ge\frac{4^4}{8}=32\)
Dấu \("="\) xảy ra \(\Leftrightarrow\) \(a=b=2\)