Question Number 219624 by Nicholas666 last updated on 29/Apr/25

Answered by A5T last updated on 29/Apr/25

$$\Sigma\mathrm{a}\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{15}}\leqslant\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{c}^{\mathrm{2}} +\mathrm{d}^{\mathrm{2}} }\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{b}^{\mathrm{3}} +\mathrm{c}^{\mathrm{3}} +\mathrm{d}^{\mathrm{3}} +\mathrm{60}} \\ $$$$\overset{\left(\mathrm{i}\right)} {\leqslant}\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{c}^{\mathrm{2}} +\mathrm{d}^{\mathrm{2}} }\sqrt{\mathrm{16}\left(\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{b}^{\mathrm{3}} +\mathrm{c}^{\mathrm{3}} +\mathrm{d}^{\mathrm{3}} \right)} \\ $$$$\Rightarrow\Sigma\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{5}} }{\:\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{15}}}=\Sigma\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{6}} }{\mathrm{a}\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{15}}}\geqslant\frac{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{b}^{\mathrm{3}} +\mathrm{c}^{\mathrm{3}} +\mathrm{d}^{\mathrm{3}} \right)^{\mathrm{2}} }{\Sigma\mathrm{a}\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{15}}} \\ $$$$\geqslant\frac{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{b}^{\mathrm{3}} +\mathrm{c}^{\mathrm{3}} +\mathrm{d}^{\mathrm{3}} \right)^{\mathrm{2}} }{\:\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{b}^{\mathrm{3}} +\mathrm{c}^{\mathrm{3}} +\mathrm{d}^{\mathrm{3}} }\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{c}^{\mathrm{2}} +\mathrm{d}^{\mathrm{2}} }} \\ $$$$\overset{\left(\mathrm{ii}\right)} {\geqslant}\frac{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{b}^{\mathrm{3}} +\mathrm{c}^{\mathrm{3}} +\mathrm{d}^{\mathrm{3}} \right)^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{b}^{\mathrm{3}} +\mathrm{c}^{\mathrm{3}} +\mathrm{d}^{\mathrm{3}} }×\frac{\mathrm{2}\sqrt[{\mathrm{3}}]{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{b}^{\mathrm{3}} +\mathrm{c}^{\mathrm{3}} +\mathrm{d}^{\mathrm{3}} }}{\:\sqrt[{\mathrm{3}}]{\mathrm{4}}}} \\ $$$$=\frac{\sqrt[{\mathrm{3}}]{\mathrm{4}}}{\:\mathrm{8}}\left(\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{b}^{\mathrm{3}} +\mathrm{c}^{\mathrm{3}} +\mathrm{d}^{\mathrm{3}} \right)^{\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{6}}} \overset{\left(\mathrm{iii}\right)} {\geqslant}\frac{\sqrt[{\mathrm{3}}]{\mathrm{4}}}{\mathrm{8}}×\left(\mathrm{4}\right)^{\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{6}}} =\mathrm{1} \\ $$$$ \\ $$$$\left(\mathrm{i}\right):\:\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{b}^{\mathrm{3}} +\mathrm{c}^{\mathrm{3}} +\mathrm{d}^{\mathrm{3}} \geqslant\mathrm{4}=\mathrm{4abcd} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{60}=\mathrm{60abcd}\leqslant\mathrm{15}\left(\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{b}^{\mathrm{3}} +\mathrm{c}^{\mathrm{3}} +\mathrm{d}^{\mathrm{3}} \right) \\ $$$$\Rightarrow\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{b}^{\mathrm{3}} +\mathrm{c}^{\mathrm{3}} +\mathrm{d}^{\mathrm{3}} +\mathrm{60}}\leqslant\sqrt{\left(\mathrm{1}+\mathrm{15}\right)\left(\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{b}^{\mathrm{3}} +\mathrm{c}^{\mathrm{3}} +\mathrm{d}^{\mathrm{3}} \right)} \\ $$$$ \\ $$$$\left(\mathrm{ii}\right):\:\mathrm{Power}\:\mathrm{Mean}\:\mathrm{Inequality} \\ $$$$\Rightarrow\left(\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{b}^{\mathrm{3}} +\mathrm{c}^{\mathrm{3}} +\mathrm{d}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{4}}\right)^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} \geqslant\left(\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{c}^{\mathrm{2}} +\mathrm{d}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}}\right)^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \\ $$$$\Rightarrow\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{c}^{\mathrm{2}} +\mathrm{d}^{\mathrm{2}} }\leqslant\frac{\mathrm{2}\sqrt[{\mathrm{3}}]{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{b}^{\mathrm{3}} +\mathrm{c}^{\mathrm{3}} +\mathrm{d}^{\mathrm{3}} }}{\:\sqrt[{\mathrm{3}}]{\mathrm{4}}} \\ $$$$ \\ $$$$\left(\mathrm{iii}\right):\:\left(\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{b}^{\mathrm{3}} +\mathrm{c}^{\mathrm{3}} +\mathrm{d}^{\mathrm{3}} \right)^{\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{6}}} \geqslant\left(\mathrm{4}\sqrt[{\mathrm{4}}]{\left(\mathrm{abcd}\right)^{\mathrm{3}} }\right)^{\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{6}}} =\mathrm{4}^{\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{6}}} \\ $$