Hätte es zwar anders gemacht, aber nehmen wir mal Deins. Ist soweit richtig.
0 ≤ (4a²b² - a²(a+b)²) / (a+b)²
Abschätzung, dass a+b≤2b ist. Denn es ist ja, wie Du nachgereicht hast, a≤b.
0 ≤ (4a²b² - a²(2b)²) / (a+b)² = (4a²b² - 4a²b²) / (a+b)² = 0
Das heißt, wegen unserer Abschätzung 2b≥a+b ist das obige entweder tatsächlich 0, oder aber eben größer. Keinesfalls kleiner.
Schöner vielleicht so:
a² ≤ ((2ab)/(a+b))² |*(a+b)²
a²(a+b)² ≤ 4a²b² |:a², wobei a≠0
a²+2ab+b² ≤ 4b² |Gleiche Abschätzung wie zuvor: 2ab≤2b²
a²+2b²+b² ≤ 4b² |-3b²
a² ≤ b²
Das ist offensichtlich wahr.