Để chứng minh bất đẳng thức \(a^4 + b^4 \geq a^3b + ab^3\) với \(a\) và \(b\) là các số thực dương, chúng ta có thể sử dụng Bất đẳng thức AM-GM (Trung bình cộng - Trung bình nhân).
### Bất đẳng thức AM-GM
Bất đẳng thức AM-GM nói rằng:
\[
\frac{x_1 + x_2 + \ldots + x_n}{n} \geq \sqrt[n]{x_1 x_2 \ldots x_n}
\]
với \(x_1, x_2, \ldots, x_n\) là các số thực dương.
### Áp dụng vào bài toán
Xét các số \(a^4\) và \(b^4\):
\[
a^4 + b^4 \geq 2\sqrt{a^4 b^4} = 2a^2 b^2
\]
Chúng ta cần chứng minh:
\[
a^4 + b^4 \geq a^3b + ab^3
\]
### So sánh hai vế của bất đẳng thức
1. Biến đổi bất đẳng thức cần chứng minh thành:
\[
a^4 + b^4 \geq a^3b + ab^3 \implies a^4 + b^4 - a^3b - ab^3 \geq 0
\]
2. Nhóm các hạng tử để dễ dàng chứng minh:
\[
a^4 + b^4 - a^3b - ab^3 = a^4 - a^3b + b^4 - ab^3
\]
3. Nhận thấy rằng:
\[
a^4 - a^3b \geq 0 \quad \text{và} \quad b^4 - ab^3 \geq 0
\]
vì \(a^4 \geq a^3b\) và \(b^4 \geq ab^3\) khi \(a\) và \(b\) là các số thực dương.
### Tách riêng từng phần để chứng minh
- Xét \(a^4 - a^3b \geq 0\):
\[
a^4 - a^3b = a^3(a - b) \geq 0
\]
- Xét \(b^4 - ab^3 \geq 0\):
\[
b^4 - ab^3 = b^3(b - a) \geq 0
\]
Nếu \(a \geq b\), ta có \(a - b \geq 0\), do đó \(a^3(a - b) \geq 0\) và \(b^3(b - a) \leq 0\), nhưng \(b^3(b - a) \leq 0\) vì \((b - a) \leq 0\).
Nếu \(b \geq a\), ta có \(b - a \geq 0\), do đó \(b^3(b - a) \geq 0\) và \(a^3(a - b) \leq 0\), nhưng \(a^3(a - b) \leq 0\) vì \((a - b) \leq 0\).
Vì \(a^4 - a^3b \geq 0\) và \(b^4 - ab^3 \geq 0\) trong mọi trường hợp, ta có:
\[
a^4 + b^4 - a^3b - ab^3 \geq 0
\]
### Kết luận
Do đó, ta đã chứng minh được rằng:
\[
a^4 + b^4 \geq a^3b + ab^3
\]