Bài toán : Cho P ( x ) = a x 3 + b x 2 + c x + d thỏa mãn ∣ P ( x ) ∣ ≤ 1 với mọi ∣ x ∣ ≤ 1 . Chứng minh rằng ∣ a ∣ + ∣ b ∣ + ∣ c ∣ + ∣ d ∣ ≤ 7
Lời giải :
Áp dụng công thức nội suy L a g r an g e cho P ( x ) với bốn số − 1 , 1 , 2 − 1 , 2 1 :
P ( x ) = P ( − 1 ) . ( − 1 − 1 ) ( − 1 − 2 1 ) ( − 1 + 2 1 ) ( x − 1 ) ( x − 2 1 ) ( x + 2 1 ) + P ( 1 ) . ( 1 + 1 ) ( 1 − 2 1 ) ( 1 + 2 1 ) ( x + 1 ) ( x − 2 1 ) ( x + 2 1 ) + P ( 2 1 ) . ( 2 1 − 1 ) ( 2 1 + 1 ) ( 2 1 + 2 1 ) ( x − 1 ) ( x + 1 ) ( x + 2 1 ) + P ( 2 − 1 ) . ( − 2 1 − 2 1 ) ( − 2 1 − 1 ) ( − 2 1 + 1 ) ( x − 2 1 ) ( x − 1 ) ( x + 1 ) = P ( − 1 ) . − 6 ( x − 1 ) ( 4 x 2 − 1 ) + P ( 1 ) . 6 ( x + 1 ) ( 4 x 2 − 1 ) + P ( 2 1 ) . − 3 ( 4 x + 2 ) ( x 2 − 1 ) + P ( − 2 1 ) . 3 ( 4 x − 2 ) ( x 2 − 1 ) = [ 3 − 2 P ( − 1 ) + 3 2 P ( 1 ) − 3 4 P ( 2 1 ) + 3 4 P ( − 2 1 ) ] x 3 + [ 3 2 P ( − 1 ) + 3 2 P ( 1 ) − 3 2 P ( 2 1 ) − 3 2 P ( − 2 1 ) ] x 2 + [ 6 1 P ( − 1 ) − 6 1 P ( 1 ) + 3 4 P ( 2 1 ) − 3 4 P ( − 2 1 ) ] x + [ − 6 1 P ( − 1 ) − 6 1 P ( 1 ) + 3 2 P ( 2 1 ) + 3 2 P ( − 2 1 ) ]
Đồng nhất hệ số :
★ a = 3 − 2 P ( − 1 ) + 3 2 P ( 1 ) − 3 4 P ( 2 1 ) + 3 4 P ( − 2 1 ) ⇒ ∣ a ∣ ≤ 3 2 P ( 1 ) − 3 2 P ( − 1 ) + 3 4 P ( − 2 1 ) − 3 4 P ( 2 1 )
★ b = 3 2 P ( − 1 ) + 3 2 P ( 1 ) − 3 2 P ( 2 1 ) − 3 2 P ( − 2 1 ) ⇒ ∣ b ∣ ≤ 3 2 P ( 1 ) + 3 2 P ( − 1 ) + 3 2 P ( 2 1 ) + 3 2 P ( − 2 1 )
★ c = 6 1 P ( − 1 ) − 6 1 P ( 1 ) + 3 4 P ( 2 1 ) − 3 4 P ( − 2 1 ) ⇒ ∣ c ∣ = 6 1 P ( − 1 ) − 6 1 P ( 1 ) + 3 4 P ( 2 1 ) − 3 4 P ( − 2 1 ) ≤ 6 1 P ( − 1 ) − 6 1 P ( 1 ) + 2. 3 2 P ( 2 1 ) − 3 2 P ( − 2 1 )
★ d = − 6 1 P ( − 1 ) − 6 1 P ( 1 ) + 3 2 P ( 2 1 ) + 3 2 P ( − 2 1 ) ⇒ ∣ d ∣ = − 6 1 P ( − 1 ) − 6 1 P ( 1 ) + 3 2 P ( 2 1 ) + 3 2 P ( − 2 1 ) ≤ 6 1 P ( − 1 ) + 6 1 P ( 1 ) + 3 2 P ( 2 1 ) + 3 2 P ( − 2 1 )
Từ đó chú đến bất đẳng thức ∣ a + b ∣ + ∣ a − b ∣ ≤ ma x { 2 ∣ a ∣ , 2 ∣ b ∣ } và ∣ P ( 1 ) ∣ ≤ 1 , ∣ P ( − 1 ) ∣ ≤ 1 , P ( 2 1 ) ≤ 1 , P ( − 2 1 ) ≤ 1 , ta có :
∣ a ∣ + ∣ b ∣ + ∣ c ∣ + ∣ d ∣ ≤ 3. ma x { 2 3 2 P ( − 1 ) , 2 3 2 P ( 1 ) } + ma x { 2 6 1 P ( − 1 ) , 2 6 1 P ( 1 ) } + 3 4 P ( − 2 1 ) − 3 4 P ( 2 1 ) ≤ 3.2. 3 2 .1 + 2. 6 1 .2. 3 4 = 7
Đây là điều phải chứng minh.