Le problème proposé est donc:
Montrer que pour tous réels strictement positifs a,b,c on a
a/(b+c)+b/(a+c)+c/(a+b) >= 3/2
Pour démontrer cela, je vais avoir recours au théorème élémentaire des inégalités, que voici:
soit a[1],a[2],...a[n] une suite croissante de réels strictement positifs
soit b[1],b[2],...b[n] une suite croissante de réels strictement positifs
soit c[1],c[2],...c[n] une permutation de la suite des b[i]
On pose C^ = a[1]*b[1]+a[2]*b[2]+...+a[n]*b[n]
On pose C- = a[1]*c[1]+a[2]*c[2]+...+a[n]*c[n]
On pose C_ = a[1]*b[n]+a[2]*b[n-1]+a[3]*b[n-2]+...+a[n]*b[1]
Alors
C_ <= C- <= C^
Je ne le démontrerai pas ici (pcq je n´en ai pas le moyen sans le cours approprié sous la main)
Un cas particulier plus simple de ce théorème, et que l´on va utiliser dans la suite est de dire que:
Soient a,b,c,d,e,f des réels strictement positifs tels que
a <= b <= c
d <= e <= f
Alors
a*e+b*f+c*d <= a*d+b*e+c*f
il suffit en effet de prendre:
a[1] = a , a[2] = b , a[3] = c
b[1] = d , b[2] = e , b[3] = f
c[1] = e , c[2] = f , c[3] = d
Revenons au problème initial.
Par symétrie du problème on peut supposer que b<=a<=c
Posons
x = a+b
y = b+c
z = c+a
Ce qui implique que
a = (x+z-y)/2
b = (x+y-z)/2
c = (y+z-x)/2
Du fait que b<=a<=c, on tire les informations suivantes:
x<=y<=z
(x+y)<=(x+z)<=(y+z)
xy<=xz<=yz
L´inégalité à démontrer devient donc:
(x+z-y)/2y + (x+y-z)/2z + (y+z-x)/2x >= 3/2
Ce qui est équivalent à:
(y+z-x)/x + (z+x-y)/y + (x+y-z)/z >= 3
On multiplie les deux membres par xyz (qui est un réel positif):
yz(y+z-x) + xz(z+x-y) + xy(x+y-z) >= 3xyz
On distribue en partie:
yz(y+z) + zx(z+x) + xy(x+y) - 3xyz >= 3xyz
Ce qui est équivalent à:
xy(x+y)+xz(x+z)+yz(y+z) >= 6xyz
(je rappelle que c´est ce que l´on cherche à démontrer)
On a vu ci dessus que
xy<=xz<=yz et (x+y)<=(x+z)<=(y+z)
On peut y appliquer le théorème en posant
a[1] = xy , a[2] = xz , a[3] = yz
b[1] = (x+y) , b[2] = (x+z) , b[3] = (y+z)
c[1] = (y+z) , c[2] = (x+y) , c[3] = (x+z)
Ce qui nous fournit l´information que
xy(x+y)+xz(x+z)+yz(y+z) >= xy(y+z)+xz(x+y)+yz(x+z)
Donc si on arrive à prouver que le membre de droite est suppérieur ou égal à 6xyz, on aura gagné !
Donc, on veut prouver que
xy(y+z)+xz(x+y)+yz(x+z) >= 6xyz
C´est équivallent à:
xy²+zx²+yz²+3xyz >= 6xyz
Ce qui est aussi équivallent à:
(xy)y+(xz)x+(yz)z >= 3xyz
On applique à nouveau le théorème en posant cette fois:
a[1] = xy , a[2] = xz , a[3] = yz
b[1] = x , b[2] = y , b[3] = z
c[1] = y , c[2] = x , c[3] = z
Et le théorème nous dit alors que:
(xy)y+(xz)x+(yz)z >= (xy)z+(xz)y+(yz)x = 3xyz
CQFD (By Duche
)