Ta có:
(a+b)/c + (b+c)/a + (c+a)/b = 6
<=> a/c + b/c + b/a + c/a + c/b + a/b = 6
<=> (a/c + a/b) + (b/c + b/a) + (c/a + c/b) = 6
<=> a(1/c + 1/b) + b(1/c + 1/a) + c(1/a + 1/b) = 6
<=> a(b+c)/bc + b(a+c)/ac + c(a+b)/ab = 6
<=> a(4-a)/bc + b(4-b)/ac + c(4-c)/ab = 6 (vì a + b + c = 4 nên a+b = 4-c, b+c = 4-a, c+a=4-b)
<=> (4a - a²)/bc + (4b - b²)/ac + (4c - c²)/ab = 6
<=> (4a² - a³ + 4b² - b³ + 4c² - c³) / abc = 6
<=> 4(a² + b² + c²) - (a³ + b³ + c³) = 6abc (1)
Bây giờ ta xét biểu thức N:
N =(a+b)²/c + (b+c)²/a + (c+a)²/b
= (a² + 2ab + b²)/c + (b² + 2bc + c²)/a + (c² + 2ac + a²)/b
= a²/c + 2ab/c + b²/c + b²/a + 2bc/a + c²/a + c²/b + 2ac/b + a²/b
= (a²/c + a²/b) + (b²/c + b²/a) + (c²/a + c²/b) + 2(ab/c + bc/a + ac/b)
= a²(1/c + 1/b) + b²(1/c + 1/a) + c²(1/a + 1/b) + 2(ab/c + bc/a + ac/b)
= a²(b+c)/bc + b²(a+c)/ac + c²(a+b)/ab + 2(ab/c + bc/a + ac/b)
= a²(4-a)/bc + b²(4-b)/ac + c²(4-c)/ab + 2(ab/c + bc/a + ac/b)
= (4a² - a³)/bc + (4b² - b³)/ac + (4c² - c³)/ab + 2(ab/c + bc/a + ac/b)
= (4a³ - a⁴ + 4b³ - b⁴ + 4c³ - c⁴)/abc + 2(a²b² + b²c² + a²c²)/abc
= (4(a³ + b³ + c³) - (a⁴ + b⁴ + c⁴) + 2(a²b² + b²c² + a²c²)) / abc
Chúng ta có thể biến đổi N như sau:
N = (a+b)²/c + (b+c)²/a + (c+a)²/b
= (a² + 2ab + b²)/c + (b² + 2bc + c²)/a + (c² + 2ac + a²)/b
= (a²/c + b²/c + 2ab/c) + (b²/a + c²/a + 2bc/a) + (c²/b + a²/b + 2ac/b)
= a²(1/c + 1/b) + b²(1/c + 1/a) + c²(1/a + 1/b) + 2(ab/c + bc/a + ac/b)
= a²(b+c)/bc + b²(a+c)/ac + c²(a+b)/ab + 2(ab/c + bc/a + ac/b)
= a²(4-a)/bc + b²(4-b)/ac + c²(4-c)/ab + 2(ab/c + bc/a + ac/b)
= (4a² - a³)/bc + (4b² - b³)/ac + (4c² - c³)/ab + 2(ab/c + bc/a + ca/b)
= (4a³ - a⁴ + 4b³ - b⁴ + 4c³ - c⁴ + 2a²b² + 2b²c² + 2c²a²)/abc
Ta có thể viết lại N như sau:
N = (a+b+c)[(a+b)/c + (b+c)/a + (c+a)/b] - (a+b+c) = 4 * 6 - 4= 20
Vậy N = 20.