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Leçon 7

Établir une inégalité

Vidéo 7 : Établir une inégalité · 3 min 48 s · sous-titres en français

Le cours écrit

7.1 Utiliser un extrémum

Essayer quelques valeurs ne prouve rien : un intervalle contient une infinité de nombres. La dérivation donne une méthode sûre.

Propriété. Si ff admet un minimum mm sur un intervalle II, alors f(x)≥mf(x) \geq m pour tout xx de II. Si ff admet un maximum MM sur II, alors f(x)≤Mf(x) \leq M pour tout xx de II.

Exemple 26. Montrons que, pour tout x>0x > 0, x+1x≥2x + \dfrac1x \geq 2. Soit f(x)=x+1xf(x) = x + \dfrac1x sur ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[. Alors f′(x)=1−1x2=(x−1)(x+1)x2,f'(x) = 1 - \frac{1}{x^2} = \frac{(x - 1)(x + 1)}{x^2}, dont le signe est celui de x−1x - 1. La fonction ff est décroissante sur ]0 ;1]]0\,;1], puis croissante sur [1 ;+∞[[1\,;+\infty[. Son minimum est f(1)=2f(1) = 2. Donc f(x)≥2f(x) \geq 2 pour tout x>0x > 0, avec égalité seulement en 11.

Exemple 27 (un encadrement). Reprenons g(x)=x+4xg(x) = x + \dfrac4x de l'exemple 15, sur [1 ;4][1\,;4]. La fonction décroît de g(1)=5g(1) = 5 à g(2)=4g(2) = 4, puis croît jusqu'à g(4)=5g(4) = 5. Donc, pour tout xx de [1 ;4][1\,;4], 4≤g(x)≤54 \leq g(x) \leq 5.

7.2 Étudier une différence

Pour comparer deux expressions A(x)A(x) et B(x)B(x) sur un intervalle II, on pose d(x)=A(x)−B(x)d(x) = A(x) - B(x), et on étudie les variations de dd sur II. Si le minimum de dd est positif ou nul, alors d(x)≥0d(x) \geq 0 pour tout xx de II, donc A(x)≥B(x)A(x) \geq B(x).

Exemple 28. Montrons que, pour tout x≥0x \geq 0, x3+2≥3xx^3 + 2 \geq 3x. Soit d(x)=x3−3x+2d(x) = x^3 - 3x + 2 sur [0 ;+∞[[0\,;+\infty[. Alors d′(x)=3(x−1)(x+1)d'(x) = 3(x - 1)(x + 1), et x+1>0x + 1 > 0 sur cet intervalle.

xx 00 11 +∞+\infty
d′(x)d'(x) −- 00 ++
dd 22 ↘\searrow 00 ↗\nearrow

Le minimum de dd est d(1)=0d(1) = 0. Donc d(x)≥0d(x) \geq 0 pour tout x≥0x \geq 0.

L'intervalle compte. L'inégalité est fausse pour x=−3x = -3 : x3+2=−25x^3 + 2 = -25 et 3x=−93x = -9, et −25<−9-25 < -9.

7.3 L'approximation de la racine carrée

Au chapitre 5, on a écrit 1+h≈1+0,5h\sqrt{1 + h} \approx 1 + 0{,}5h. Avec x=1+hx = 1 + h, cela donne, près de 11, x≈1+x2\sqrt{x} \approx \dfrac{1 + x}{2}. Cette approximation est-elle trop grande ou trop petite ?

Exemple 29. Soit d(x)=1+x2−xd(x) = \dfrac{1 + x}{2} - \sqrt{x} sur ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[. Alors d′(x)=12−12x=x−12x.d'(x) = \frac12 - \frac{1}{2\sqrt{x}} = \frac{\sqrt{x} - 1}{2\sqrt{x}}. Le signe est celui de x−1\sqrt{x} - 1 : négatif sur ]0 ;1[]0\,;1[, positif sur ]1 ;+∞[]1\,;+\infty[. Le minimum de dd est d(1)=0d(1) = 0, donc d(x)≥0d(x) \geq 0. En 00 aussi, 0=0≤12\sqrt{0} = 0 \leq \dfrac12. Ainsi, pour tout x≥0x \geq 0, x≤1+x2.\sqrt{x} \leq \frac{1 + x}{2}. L'approximation linéaire de la racine carrée en 11 est toujours un peu trop grande.

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Exercices 13 et 14

  • Exercice 13 : trois inégalités
  • Exercice 14 : encadrer, et une bâche

Exercices du chapitre (PDF, 163 Ko)

Corrigés

Cherche d'abord les exercices sur ta feuille, puis compare avec le corrigé détaillé.

Corrigés du chapitre (PDF, 152 Ko)

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