So sánh $\dfrac{a^{n}+b^{n}}{2}$ và $\left(\dfrac{a+b}{2}\right)^{n}$, với $a \geq 0, b \geq 0, n \in N^{*}$, ta được:
$\dfrac{a^{n}+b^{n}}{2}<\left(\dfrac{a+b}{2}\right)^{n}$
$\dfrac{a^{n}+b^{n}}{2} \geq\left(\dfrac{a+b}{2}\right)^{n}$
$\dfrac{a^{n}+b^{n}}{2}=\left(\dfrac{a+b}{2}\right)^{n}$
Không so sánh được
+, Cho n một giá trị bất kì, chẳng hạn $n=1, n=2, \dots$ để loại đáp án.
+, Sử dụng phương pháp quy nạp toán học để chứng minh bất đẳng thức.
Hướng dẫn giải (chi tiết)
Với $n=1$ ta có $\dfrac{a+b}{2}=\dfrac{a+b}{2}$ , do đó loại đáp án A.
Với $n=2$, chọn bất kì $a=1, b=2$ ta có:
$\begin{array}{l}{\dfrac{a^{n}+b^{n}}{2}=\dfrac{1^{2}+2^{2}}{2}=\dfrac{5}{2},\left(\dfrac{a+b}{2}\right)^{n}=\left(\dfrac{1+2}{2}\right)^{2}=\dfrac{9}{4}} \\ {\Rightarrow \dfrac{a^{n}+b^{n}}{2}>\left(\dfrac{a+b}{2}\right)^{n}}\end{array}$
Đáp án C sai.
Ta chứng minh đáp án B đúng với mọi $a \geq 0, b \geq 0, n \in N^{*}$ bằng phương pháp quy nạp.
Với $n=1$ mệnh đề đúng.
Giả sử mệnh đề đúng đến $n=k(k \geq 1) \Leftrightarrow \dfrac{a^{k}+b^{k}}{2} \geq\left(\dfrac{a+b}{2}\right)^{k}(1)$
Ta phải chứng minh $\dfrac{a^{k+1}+b^{k+1}}{2} \geq\left(\dfrac{a+b}{2}\right)^{k+1}$
Thật vậy, ta nhân 2 vế của (1) với $\dfrac{a+b}{2}>0$, ta có:
$\dfrac{a^{k}+b^{k}}{2} \cdot \dfrac{a+b}{2} \geq\left(\dfrac{a+b}{2}\right)^{k} \cdot \dfrac{a+b}{2} \Leftrightarrow \dfrac{a^{k+1}+a^{k} b+a b^{k}+b^{k+1}}{4} \geq\left(\dfrac{a+b}{2}\right)^{k+1}(2)$
Do $a \geq 0, b \geq 0$. Nếu $a \geq b \geq 0 \Rightarrow\left(a^{k}-b^{k}\right)(a-b) \geq 0$, nếu
$\begin{array}{l} 0 \le a \le b = > \left( {{a^k} - {b^k}} \right)\left( {a - b} \right) \ge 0\\ = > \left( {{a^k} - {b^k}} \right)\left( {a - b} \right) \ge 0 \ \forall a \ge 0,b \ge 0\\ = > {a^{k + 1}} + {b^{k + 1}} \ge {a^k}b + a{b^k} = > \dfrac{{{a^{k + 1}} + {a^k}b + a{b^k} + {b^{k + 1}}}}{4} \le \dfrac{{{a^{k + 1}} + {a^{k + 1}} + {b^{k + 1}} + {b^{k + 1}}}}{4} = \dfrac{{{a^{k + 1}} + {b^{k + 1}}}}{2} \end{array}$
Từ (2) suy ra $\dfrac{{{a^{k + 1}} + {b^{k + 1}}}}{2} \ge {\left( {\dfrac{{a + b}}{2}} \right)^{k + 1}}$, do đó mệnh đề đúng nến n=k+1.
Vậy mệnh đề đúng với mọi n,a,b thỏa mãn điều kiện bài toán.
Đáp án: B