Question Number 98267 by M±th+et+s last updated on 12/Jun/20
$$\forall\:{a},{b}>\mathrm{0}\:,\:{a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} =\mathrm{1} \\ $$$${prove}\:{that} \\ $$$$\left(\frac{\mathrm{1}}{{a}}+\frac{\mathrm{1}}{{b}}\right)\left(\frac{{b}}{{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}+\frac{{a}}{{b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\right)\geqslant\frac{\mathrm{8}}{\mathrm{3}} \\ $$
Answered by maths mind last updated on 13/Jun/20
$$\left(\frac{{a}+{b}}{{ab}}\right)\left(\frac{{b}^{\mathrm{3}} +{b}+{a}^{\mathrm{3}} +{a}}{\mathrm{2}+{a}^{\mathrm{2}} {b}^{\mathrm{2}} }\right) \\ $$$$\left({b}^{\mathrm{3}} +{a}^{\mathrm{3}} +{a}+{b}\right)=\left({a}+{b}\right)\left({b}^{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} −{ab}+\mathrm{1}\right) \\ $$$$=\left({a}+{b}\right)\left(\mathrm{2}−{ab}\right) \\ $$$$\Leftrightarrow\frac{\left({a}+{b}\right)^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2}−{ab}\right)}{{ab}\left(\mathrm{2}+{a}^{\mathrm{2}} {b}^{\mathrm{2}} \right)} \\ $$$$\left({a}+{b}\right)^{\mathrm{2}} =\mathrm{1}+\mathrm{2}{ab} \\ $$$$\Leftrightarrow\frac{\left(\mathrm{1}+\mathrm{2}{ab}\right)\left(\mathrm{2}−{ab}\right)}{{ab}\left(\mathrm{2}+{a}^{\mathrm{2}} {b}^{\mathrm{2}} \right)}\geqslant\frac{\mathrm{8}}{\mathrm{3}} \\ $$$${let}\:{ab}={x}\Leftrightarrow\frac{\left(\mathrm{1}+\mathrm{2}{x}\right)\left(\mathrm{2}−{x}\right)}{{x}\left(\mathrm{2}+{x}^{\mathrm{2}} \right)}\geqslant\frac{\mathrm{8}}{\mathrm{3}} \\ $$$$\Leftrightarrow\mathrm{8}{x}^{\mathrm{3}} +\mathrm{6}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{7}{x}−\mathrm{6}\leqslant\mathrm{0} \\ $$$${ab}\leqslant\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left({a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} \right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{8}{x}^{\mathrm{3}} \leqslant\mathrm{1},\mathrm{7}{x}\leqslant\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{2}},\mathrm{6}{x}^{\mathrm{2}} \leqslant\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{8}{x}^{\mathrm{3}} +\mathrm{6}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{7}{x}−\mathrm{6}\leqslant\mathrm{1}+\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}−\mathrm{6}=\mathrm{0} \\ $$$$\Leftrightarrow\left(\frac{\mathrm{1}}{{a}}+\frac{\mathrm{1}}{{b}}\right)\left(\frac{{a}}{{b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}+\frac{{b}}{{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\right)\geqslant\frac{\mathrm{8}}{\mathrm{3}} \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$
Commented by M±th+et+s last updated on 13/Jun/20
great work
Commented by maths mind last updated on 13/Jun/20
$${thanx}\:\:,\:{i}\:{got}\:{answer}\:{for}\:{your}\:{post} \\ $$$${i}\:{will}\:{post}\:{it}\:{latter} \\ $$
Commented by M±th+et+s last updated on 13/Jun/20
$${thank}\:{you}\:{so}\:{much}\:. \\ $$$${god}\:{bless}\:{you}\:{sir} \\ $$
Answered by 1549442205 last updated on 13/Jun/20
$$\mathrm{Putting}\:\mathrm{a}=\mathrm{cos}\varphi,\mathrm{b}=\mathrm{sin}\varphi,\varphi\in\left[\mathrm{0};\frac{\pi}{\mathrm{2}}\right].\mathrm{Then} \\ $$$$\mathrm{the}\:\mathrm{given}\:\mathrm{inequality}\:\mathrm{becomes}\: \\ $$$$\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{cos}\varphi}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{sin}\varphi}\right)\left(\frac{\mathrm{sin}\varphi}{\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \varphi+\mathrm{1}}+\frac{\mathrm{cos}\varphi}{\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \varphi+\mathrm{1}}\right)\geqslant\frac{\mathrm{8}}{\mathrm{3}} \\ $$$$\Leftrightarrow\frac{\left(\mathrm{cos}\varphi+\mathrm{sin}\varphi\right)\left(\mathrm{cos}^{\mathrm{3}} \varphi+\mathrm{sin}^{\mathrm{3}} \varphi+\mathrm{cos}\varphi+\mathrm{sin}\varphi\right)}{\mathrm{cos}\varphi.\mathrm{sin}\varphi\left(\mathrm{2}+\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \varphi\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \varphi\right)}\geqslant\frac{\mathrm{8}}{\mathrm{3}} \\ $$$$\Leftrightarrow\frac{\left(\mathrm{cos}\varphi+\mathrm{sin}\varphi\right)^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2}−\mathrm{sin}\varphi\mathrm{cos}\varphi\right)}{\frac{\mathrm{sin2}\varphi}{\mathrm{2}}.\left(\mathrm{2}+\frac{\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \varphi}{\mathrm{4}}\right)}\geqslant\frac{\mathrm{8}}{\mathrm{3}} \\ $$$$\Leftrightarrow\frac{\left(\mathrm{1}+\mathrm{sin2}\varphi\right)\left(\mathrm{2}−\frac{\mathrm{sin2}\varphi}{\mathrm{2}}\right)}{\mathrm{sin2}\varphi+\frac{\mathrm{sin}^{\mathrm{3}} \varphi}{\mathrm{8}}}\geqslant\frac{\mathrm{8}}{\mathrm{3}} \\ $$$$\Leftrightarrow\mathrm{3}\left\{\mathrm{2}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}\mathrm{sin2}\varphi−\frac{\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \mathrm{2}\varphi}{\mathrm{2}}\right\}\geqslant\mathrm{8sin2}\varphi+\mathrm{sin}^{\mathrm{3}} \mathrm{2}\varphi \\ $$$$\Leftrightarrow\mathrm{sin}^{\mathrm{3}} \mathrm{2}\varphi+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \mathrm{2}\varphi+\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{2}}\mathrm{sin2}\varphi−\mathrm{6}\leqslant\mathrm{0} \\ $$$$\Leftrightarrow\mathrm{2sin}^{\mathrm{3}} \mathrm{2}\varphi+\mathrm{3sin}^{\mathrm{2}} \mathrm{2}\varphi+\mathrm{7sin2}\varphi−\mathrm{12}\leqslant\mathrm{0} \\ $$$$\Leftrightarrow\left(\mathrm{sin2}\varphi−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2sin}^{\mathrm{2}} \mathrm{2}\varphi+\mathrm{5sin2}\varphi+\mathrm{12}\right)\leqslant\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{The}\:\mathrm{final}\:\mathrm{inequality}\:\mathrm{is}\:\mathrm{always}\:\mathrm{true}\:\mathrm{because} \\ $$$$\left(\mathrm{2sin}^{\mathrm{2}} \mathrm{2}\varphi+\mathrm{5sin2}\varphi+\mathrm{12}\right)=\mathrm{2}\left(\mathrm{sin2}\varphi+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}\right)^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{71}}{\mathrm{8}}>\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{and}\:\mathrm{sin2}\varphi\leqslant\mathrm{1}.\mathrm{Therefore}\:\mathrm{the}\:\mathrm{given}\: \\ $$$$\mathrm{inequality}\:\mathrm{proved}.\mathrm{The}\:\mathrm{equality}\:\mathrm{occurs} \\ $$$$\mathrm{if}\:\mathrm{and}\:\mathrm{only}\:\mathrm{if}\:\mathrm{sin2}\varphi=\mathrm{1}\Leftrightarrow\mathrm{a}=\mathrm{b}=\frac{\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}} \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$
Commented by M±th+et+s last updated on 13/Jun/20
$${thank}\:{you}\:{sir} \\ $$