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Planche no5. Convexité. Corrigé
Exercice n
o1La fonctionf:x?→x2est convexe surRcar deux fois dérivable surRde dérivée seconde positive surR. Par suite, pour
tous réelsαetβet pour tout réelλ?[0,1],Soient((x1,y1),(x2,y2))?E2etλ?[0,1].
((1-λ)x1+λx2)2 = (1-λ)?x21 a2+y21b2? +λ?x22a2+y22b2? ?(1-λ) +λ(car1-λ?0etλ?0) =1.On a montré que pour tous((x1,y1),(x2,y2))?E2etλ?[0,1],(1-λ)(x1,y1)+λ(x2,y2)?E. Donc,Eest un convexe
deR2. a-ab -bEExercice n
o2Soient(x,y)?B2puisλ?[0,1].
N((1-λ)x+λy)?N((1-λ)x) +N(λy) =|1-λ|N(x) +|λ|N(y) = (1-λ)N(x) +λN(y) ?(1-λ) +λ(car1-λ?0etλ?0) =1.On a montré que pour tout(x,y)?B2et toutλ?[0,1],(1-λ)x+λy?Bet on a donc montré queBest un convexe de
E.Exercice n
o31)Soientxetydeux réels strictement positifs tels quex?y.
m=x+y
2?y+y2=y. Donc,m?y.
m-g=x+y
2-⎷xy=x-2⎷xy+y
2=? x-⎷y?22?0. Donc,g?m?y.
g=⎷xy?⎷x×x=x. Donc,x?g?m?y.
c ?Jean-Louis Rouget, 2015. Tous droits réservés.1 http ://www.maths-france.fr 1 hest la moyenne arithmétique de1xet1yavec1y?1x. D"après ce qui précède,1y?1g=? 1 x×1y?1h?1xet donc x?h?g?yet finalement x?h?g?m?y.2)Soientx1, ...,xnnréels strictement positifs oùn?2. La fonctiont?→lntest concave sur]0,+∞[car sa dérivée
seconde, à savoirt?→-1 t2, est strictement négative sur]0,+∞[.On en déduit que
1 nln(x1)+...+1nln(xn)?ln?1nx1+...+1nxn? ou encore ln(n⎷x1...xn)?ln?x1+...+xnn? ou enfin n⎷ x1...xn?x1+...+xnn.Exercice n
o41) Inégalités deHölderet deMinkowski.
1ère solution.Soient(p,q)?]0,+∞[2tel que1
p+1q=1etxetydeux réels positifs. L"inégalité est immédiate quandx=0ouy=0. Dorénavant,xetysont strictement positifs. Par concavité de la fonction ln sur]0,+∞[
ln(xy) =ln(x) +ln(y) =1 pln(xp) +1qln(xq)?ln?1pxp+1qxq? et doncxy?xp p+xqqpar croissance de la fonction ln sur]0,+∞[.