Cho x;y là hai số thực dương thỏa  mãn \[x \ne y\;\] và \[{\left( {{2^{3y}} + \frac{1}{{{2^{3y}}}}} \right)^y} < {\left( {{2^y} + \frac{1}{{{2^y}}}} \right)^{3y}}\]. Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức \[P = \frac{{{x^2} + 3{y^2}}}{{xy - {y^2}}}\]

Ta có

\[\begin{array}{*{20}{l}}{P = \frac{{{x^2} + 3{y^2}}}{{xy - {y^2}}}}\\{ \Leftrightarrow Pxy - P{y^2} = {x^2} + 3{y^2}}\\{ \Leftrightarrow \left( {P + 3} \right){y^2} - Pxy + {x^2} = 0}\end{array}\]

Phương trình trên có nghiệm khi

\[\begin{array}{l}\Delta = {P^2}{x^2} - 4(P + 3){x^2} \ge 0\\ \Leftrightarrow {P^2} - 4P - 12 \ge 0\\ \Rightarrow \left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{P \ge 6}\\{P \le - 2}\end{array}} \right. \Rightarrow MinP = 6\end{array}\]

Dấu bằng xáy ra khi\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{y = \frac{{Px}}{{2(P + 3)}} = \frac{x}{3}}\\{\frac{{{x^2} + 3{y^2}}}{{xy - {y^2}}} = 6}\end{array}} \right. \Rightarrow x = 3y\)

Dễ thấy x=3y thỏa mãn điều kiện bài cho vì:

\[\begin{array}{l}{\left( {{2^{3y}} + \frac{1}{{{2^{3y}}}}} \right)^y} < {\left( {{2^y} + \frac{1}{{{2^y}}}} \right)^{3y}}\\ \Leftrightarrow {2^{3y}} + \frac{1}{{{2^{3y}}}} < {\left( {{2^y} + \frac{1}{{{2^y}}}} \right)^3}\\ \Leftrightarrow {2^{3y}} + \frac{1}{{{2^{3y}}}} < {2^{3y}} + \frac{1}{{{2^{3y}}}} + {3.2^y}.\frac{1}{{{2^y}}}.\left( {{2^y} + \frac{1}{{{2^y}}}} \right)\\ \Leftrightarrow 0 < 3\left( {{2^y} + \frac{1}{{{2^y}}}} \right)\end{array}\]

Bđt trên luôn đúng với mọi y>0.

Đáp án cần chọn là: D