Xét các số thực dương $x,{\rm{ }}y$ thỏa mãn ${\log _{\sqrt 3 }}\dfrac{{x + y}}{{{x^2} + {y^2} + xy + 2}} = x\left( {x - 3} \right) + y\left( {y - 3} \right) + xy.$ Tìm giá trị \({P_{m{\rm{ax}}}}\) của biểu thức \(P = \dfrac{{5x + 4y + 4}}{{x + y + 3}}\).

\(\begin{array}{l}{\log _{\sqrt 3 }}\dfrac{{x + y}}{{{x^2} + {y^2} + xy + 2}} = x\left( {x - 3} \right) + y\left( {y - 3} \right) + xy\,\,\,\,\,\,\left( 1 \right)\\ \Leftrightarrow {\log _{\sqrt 3 }}\left( {x + y} \right) - {\log _{\sqrt 3 }}\left( {{x^2} + {y^2} + xy + 2} \right) = {x^2} - 3x + {y^2} - 3y + xy\\ \Leftrightarrow {\log _{\sqrt 3 }}\left( {x + y} \right) + 3x + 3y = {\log _{\sqrt 3 }}\left( {{x^2} + {y^2} + xy + 2} \right) + {x^2} + {y^2} + xy\\ \Leftrightarrow {\log _{\sqrt 3 }}\left( {x + y} \right) + 2 + 3x + 3y = {\log _{\sqrt 3 }}\left( {{x^2} + {y^2} + xy + 2} \right) + {x^2} + {y^2} + xy + 2\\ \Leftrightarrow {\log _{\sqrt 3 }}\left( {3x + 3y} \right) + 3x + 3y = {\log _{\sqrt 3 }}\left( {{x^2} + {y^2} + xy + 2} \right) + {x^2} + {y^2} + xy + 2\,\,\,\,\,\,\left( 2 \right)\end{array}\)

Đặt \(f\left( t \right) = {\log _{\sqrt 3 }}t + t\,\,\,\left( {t > 0} \right)\)\( \Rightarrow f'\left( t \right) = \dfrac{1}{{t\ln \sqrt 3 }} + 1 > 0,\forall t > 0\)

\( \Rightarrow f\left( t \right)\) đồng biến trên \(\left( {0; + \infty } \right)\)

\(\begin{array}{l}\left( 2 \right) \Leftrightarrow f\left( {3x + 3y} \right) = f\left( {{x^2} + {y^2} + xy + 2} \right) \Leftrightarrow 3x + 3y = {x^2} + {y^2} + xy + 2\\ \Leftrightarrow 4{x^2} + 4{y^2} + 4xy - 12x - 12y + 8 = 0\\ \Leftrightarrow {\left( {2x + y} \right)^2} - 6\left( {2x + y} \right) + 5 =  - 3{\left( {y - 1} \right)^2} \le 0 \Leftrightarrow 1 \le 2x + y \le 5\end{array}\)

Khi đó, \(P = \dfrac{{5x + 4y + 4}}{{x + y + 3}} = 3 + \dfrac{{2x + y - 5}}{{x + y + 3}} \le 3\), vì \(\left\{ \begin{array}{l}2x + y - 5 \le 0\\x + y + 3 > 0\end{array} \right.\)

Vậy \({P_{m{\rm{ax}}}} = 3\) khi và chỉ khi \(\left\{ \begin{array}{l}2x + y - 5 = 0\\y - 1 = 0\end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}x = 2\\y = 1\end{array} \right.\)