Bài toán 2: Xét các số thực dương a,b,c thoả mãn điều kiện abc+a+c=b .Tìm giá trị lớn nhất của biểu thức :
[tex] P= \frac{2}{a^2+1} -\frac{2}{b^2+1} +\frac{3}{c^2+1} [/tex]
Biến đổi giả thiết thành a+c=b(1-ac) >0 => [tex] a<\frac{1}{c} ; b =\frac {a+c}{1-ac} (1) [/tex]
Thay (1) vào P và biến đổi ta có:
[tex] P=\frac{2}{a^2+1} +\frac{3}{c^2+1} +\frac{2.(a+c)^2}{(1+a^2)(1+c^2)} -2 [/tex] (2)
Xét hàm số [tex] f(x) =\frac{1}{x^2+1} +\frac {(x+c)^2}{(1+x^2)(1+c^2)} [/tex] với [tex] 0 < x < \frac{1}{c} [/tex] và coi c là tham số (c>0)
Ta có [tex] f'(x)=\frac{-2c(x^2+2cx-1)}{(1+x^2)^2.(1+c^2)} [/tex]
Trên đoạn (0 ;1/c) thì f'(x) =0 có nghiệm duy nhất là [tex] x_0 =-c +sqrt{c^2+1} [/tex] với [tex] 0 < x_0 < \frac{1}{c} [/tex].Qua [tex] x_0[/tex] thì f'(x) đổi dấu từ dương sang âm nên f(x) đạt cực đại tại [tex] x_0[/tex] => [tex] f(x) \leq f(x_0) =1+\frac{c}{sqrt{c^2+1}} [/tex]
Từ đó theo (2) ta có:
[tex] P=2f(x) -2 +\frac{3}{c^2+1} \leq \frac{2c}{sqrt{c^2+1}}+\frac{3}{c^2+1} =g(c) [/tex]
Xét hàm số g(c) với c>0
Ta có: [tex] g'(c)=\frac{2(1-8c^2)}{(c^2+1)^2 (3c+sqrt{c^2+1})} [/tex]
Với c>0 thì g'(c) =0 tại [tex] c_0 =\frac{1}{sqrt{8}} [/tex] và qua [tex] c_0 [/tex] thì g'(c) đổi dấu từ dương sang âm nên [tex] g(c_0) [/tex] là giá trị cực đại ,suy ra [tex] P \leq g(\frac{1}{sqrt{8}}) =\frac{10}{3} [/tex]
Vậy [tex] P_{max}=\frac{10}{3} [/tex] với [tex] a=\frac{sqrt{2}}{2} ;b=sqrt{2} ;c =\frac {1}{sqrt{8}} [/tex]
Như vậy bài toán đã giải xong.