Cho S là diện tích của tứ giác ABCD có độ dài các cạnh là a, b, c, d. Chứng minh S ≤ (a^2 + b^2 + c^2 + d^2)/4
Hãy nhập câu hỏi của bạn vào đây, nếu là tài khoản VIP, bạn sẽ được ưu tiên trả lời.
theo công thức Brahmagupta bđt \(\Leftrightarrow\)\(\sqrt{\frac{\left(a^2+b^2+c^2+d^2\right)^2-2\left(a^4+b^4+c^4+d^4\right)+8abcd}{16}-\frac{1}{4}\left(ac+bd\right)^2+\frac{1}{4}u^2v^2}\le\frac{a^2+b^2+c^2+d^2}{4}\)
Gọi u, v là 2 đường chéo của tứ giác, theo bđt Ptolemy ta coa: \(uv\le ac+bd\)\(\Leftrightarrow\)\(\frac{1}{4}u^2v^2\le\frac{1}{4}\left(ac+bd\right)^2\)
Do đó cần CM: \(\sqrt{\left(a^2+b^2+c^2+d^2\right)^2-2\left(a^4+b^4+c^4+d^4\right)+8abcd}\le a^2+b^2+c^2+d^2\)
\(\Leftrightarrow\)\(\left(a^2+b^2+c^2+d^2\right)^2-2\left(a^4+b^4+c^4+d^4\right)+8abcd\le\left(a^2+b^2+c^2+d^2\right)^2\)
\(\Leftrightarrow\)\(a^4+b^4+c^4+d^4\ge4abcd\) ( đúng theo Cosi )
Dấu "=" xảy ra khi ABCD là hình vuông
Vẽ AH _|_ CD: \(S_{ACD}=\frac{1}{2}ah\le\frac{1}{2}ab\)
\(\Rightarrow4S_{ACD}\le2ab\le a^2+b^2\) (Theo BĐT Cosi)
Tương tự \(4S_{ABC}\le c^2+d^2\)
Vậy \(4\left(S_{ACD}+S_{ABC}\right)\le a^2+b^2+c^2+d^2\) hay \(S\le\frac{a^2+b^2+c^2+d^2}{4}\)
Dấu "=" xảy ra <=> \(\Delta\)ABC vuông ở B và \(\Delta\)ADC vuông ở D
=> ABCD là hình vuông
Giả sử tứ giác ABCD có AD = a, AB = b, BC = c, CD = d không có hai cạnh nào bằng nhau. Ta có thể giả sử a < b < c < d.
Ta có a + b + c > BD + c > d.
Do đó a + b + c + d > 2d hay S > 2d (*)
Ta có: S\(⋮\)a => S = m.a (m\(\in\)N) (1)
S\(⋮\)b => S = n.b (n\(\in\)N) (2)
S\(⋮\)c => S = p.d (p\(\in\)N) (3)
S\(⋮\)d => S = q.d (q\(\in\)N) (4) . Từ (4) và (*) suy ra q.d > 2d => q > 2
Vì a < b < c < d (theo giả sử) nên từ (1), (2), (3) và (4) suy ra m > n > p > q > 2
Do đó q\(\ge\)3; p\(\ge\)4; n\(\ge\)5; m\(\ge\)6
Từ (1), (2), (3), (4) suy ra 1/m = a/S; 1/n = b/S; 1/p = c/S; 1/q = d/S
Ta có: \(\frac{1}{6}+\frac{1}{5}+\frac{1}{4}+\frac{1}{3}\ge\frac{1}{m}+\frac{1}{n}+\frac{1}{p}+\frac{1}{q}=\frac{a+b+c+d}{S}=1\)
hay \(\frac{19}{20}\ge1\)(vô lí)
Vậy tồn tại hai cạnh của tứ giác bằng nhau (đpcm)