Xét các số thực dương phân biệt \[x,\,\,y\] thỏa mãn \(\frac{{x + y}}{{x - y}} = {\log _2}3.\) Khi biểu thức \({4^{x + y}} + 16 \cdot {3^{y - x}}\) đạt giá trị nhỏ nhất thì giá trị của \(x + 3y = a - {\log _b}a\) với \[a,\,\,b\] là các số nguyên dương. Tính \(a + b.\)

Ta có \[\frac{{x + y}}{{x - y}} = {\log _2}3 \Leftrightarrow y - x =  - \left( {x + y} \right){\log _3}2\] thế vào biểu thức \(P = {4^{x + y}} + {16.3^{y - x}}\)

Ta được \(P = {4^{x + y}} + {16.3^{ - \left( {x + y} \right){{\log }_3}2}} = {4^{x + y}} + {16.2^{ - \left( {x + y} \right)}} = {4^{x + y}} + \frac{{16}}{{{2^{x + y}}}}\)

Cách 1: Đặt \(t = {2^{x + y}} > 0\) ta được \(P = {t^2} + \frac{{16}}{t} = f\left( t \right)\) và \(f'\left( t \right) = 2t - \frac{{16}}{{{t^2}}} \Leftrightarrow t = 2\)

Lập bảng biến thiên suy ra \({P_{\min }} = 12\) khi \(t = {2^{x + y}} = 2 \Leftrightarrow x + y = 1.\)

Cách 2: Áp dụng bất đẳng thức Cô-si ta có: \(P = {2^{2\left( {x + y} \right)}} + \frac{8}{{{2^{x + y}}}} + \frac{8}{{{2^{x + y}}}} \ge 3\sqrt[3]{{8 \cdot 8}} = 12.\)

Dấu  xảy ra  \({2^{2\left( {x + y} \right)}} = \frac{8}{{{2^{x + y}}}} \Rightarrow {2^{3\left( {x + y} \right)}} = {2^3} \Leftrightarrow x + y = 1\).

Kết hợp với \(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{x + y = 1}\\{y - x =  - {{\log }_3}2}\end{array} \Leftrightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{x + y = 1}\\{x - y = {{\log }_3}2}\end{array} \Leftrightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{x = \frac{{1 + {{\log }_3}2}}{2}}\\{y = \frac{{1 - {{\log }_3}2}}{2}}\end{array}} \right.} \right.} \right.\).

Suy ra \(x + 3y = \frac{{1 + {{\log }_3}2}}{2} + 3 \cdot \frac{{1 - {{\log }_3}2}}{2} = 2 - {\log _3}2 \Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{a = 2}\\{b = 3}\end{array} \Rightarrow a + b = 5} \right..\)

Đáp án: 5.