1. BẤT ĐẲNG THỨC ERDOS – MORDELL. CHO TAM GIÁC ABC VÀ M LÀ MỘT Đ...

8.1. BẤT ĐẲNG THỨC ERDOS – MORDELL.

Cho tam giác ABC M là một điểm bất kì nằm trong tam giác đó. Gọi R R R

a

,

b

,

c

theo thứ tự là khoảng cách từ M đến các đỉnh A B C , , . Còn d d d

a b c

, , lần lượt là khoảng

cách từ M đến các cạnh BC CA AB , , .

Khi đó ta có bất đẳng thức R

a

+ R

b

+ R

c

³ 2( d

a

+ d

b

+ d

c

)

Đẳng thức xảy ra khi và chỉ tam giác ABC đều, và M là tâm của tam giác đều đó.

Bất đẳng thức Erdos – Mordell (E – M) là một bất đẳng thức khá nổi tiếng trong tam

giác, được nhà toán học nổi tiếng người Hungari P. Erdos đề xuất vào năm 1935, khi

nghiên cứu các tính chất của tam giác. Bị lôi cuốn bởi tính giản dị của bài toán, P. Erdos

lao vào chứng minh, song vinh dự giải được bài toán đó không thuộc về ông, mà thuộc

về nhà hình học nổi tiếng người Anh tên là Louis Mordel. L. Mordell đã chứng minh bất

đẳng thức này bằng phương pháp lượng giác (sử dụng định lí Sin và định lí Cosossin).

Mãi đến năm 1945, nhà toán học người Nga Cadarinop mới đề xuất được một lời giải

thuần túy hình học có thể chấp nhận được. Tiếp theo đó, nhiều nhà toán học trên thế giới

đã nêu được những lời giải ngắn gọn cho bất đẳng thức. Chẳng hạn bằng cách sử dụng

định lý Ptolemy của André Avez; sử dụng kiến thức tam giác đồng dạng của Leon

Bankoff; sử dụng bất đẳng thức về diện tích của V. Komornik; sử dụng lượng giác của

Barrow; …

Sau đây là một lời giải thuần túy hình học phù hợp với trình độ các bạn HS lớp 9.

Chứng minh bất đẳng thức E – M

A

Đặt BC = a AC , = b AB , = c . Lấy điểm M

1

đối xứng với điểm M qua đường phân giác trong

của góc BAC . Dựng BH ^ AM CK

1

, ^ AM

1

. Giả

sử AM

1

cắt BC tại D .

M

M

1

Khi đó BD ³ BH ; DC ³ CK .

K

Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi AD ^ BC hay

B CH

AM

1

^ BC . Từ đó ta có:

2 2

a ³ BH + CKaR ³ S + S ( AM

1

= AM = R

a

) hay aR

a

³ cd

b

+ bd

ca ABM ACM

1

1

Từ đó R

a

c d

b

b d

c

³ + (2), R

c

a d

b

b d

a

³ + (1). Tương tự R

b

a d

c

c d

a

³ + (3)

c c

a a

b b

Cộng vế - vế (1), (2), (3) ta thu được

æ ö ÷ æ ö ÷ æ ö ÷

b c a c a b

ç ÷ ç ÷ ç ÷

+ + ³ ç ç ç è + ÷ ÷ ø + ç ç ç è + ÷ ÷ ø + ç ç ç è + ÷ ÷ ø ³ + +

2( )

R R R d d d d d d

a b c a b c a b c

c b c a b a

Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi a = = b c , đồng thời M

1

là trực tâm của tam giác ABC .

Từ cách chứng minh trên chúng ta còn một số kết quả sau:

Hệ quả 1. (Bất đẳng thức E – M dạng tích)

Trang 52

Cho tam giác ABC M là một điểm bất kì nằm trong tam giác đó. Gọi R R R

a

,

b

,

c

lần lượt là khoảng cách từ M đến các đỉnh A B C , , . Còn d d d

a b c

, , lần lượt là khoảng

cách từ M đến các cạnh BC CA AB , , . Khi đó ta có bất đẳng thức R R R

a

. .

b c

³ 8 . . d d d

a b c

Chứng minh. Từ cách chứng minh bất đẳng thức E – M ta có:

c b

³ + , R

c

a d

b

b d

a

³ + (*). Nhân theo vế 3 bất đẳng

³ + , R

b

a d

c

c d

a

R d d

a b c

æ öæ ÷ öæ ÷ ö ÷

thức trên ta được

a

. .

b c

c

b

b

c

a

c

c

a

a

b

b

a

³ ç ç ç è + ÷ ÷ øè ç ç ç + ÷ ÷ øè ç ç ç + ÷ ÷ ø

R R R d d d d d d

a a b b c c

8 c

b

. b

c

a

c

. c

a

a

b

. b

a

8 . .

a b c

³ ç ç ç è ÷ ÷ øè ç ç ç ÷ ÷ øè ç ç ç ÷ ÷ ø = (đpcm)

d d d d d d d d d

Hệ quả 2. (Bất đẳng thức E – M dạng căn thức)

Cho tam giác ABC M là một điểm bất kì nằm trong tam giác đó. Gọi R R R

a

,

b

,

c

lần lượt là khoảng cách từ M đến các đỉnh A B C , , . Còn d d d

a b c

, , lần lượt là khoảng

Khi đó ta có bất đẳng thức R

a

+ R

b

+ R

c

³ 2 ( d

a

+ d

b

+ d

c

)

Chứng minh. Từ (*) ở hệ quả 1, theo bất đẳng thức Cauchy ta có

+

. .

d d

b c

c b a a

³ + ³

2

a c

c a

a c b b

³ + ³

b c a

a b

b a

a b c c

c b a

Cộng vế - vế các bất đẳng thức trên ta được

b c c a a b

1 1 1

ç ç ç

+ + ³ ç ç ç è + ÷ ÷ ÷ ø + ç ç ç è + ÷ ÷ ÷ ø + ç ç ç è + ÷ ÷ ÷ ø

R R R d d d

a b c a b c

c b a c b a

2 2 2

³ 2 ( d

a

+ d

b

+ d

c

) (đpcm)