Exercice Ln8

Exercice Publié par admin le 23 janvier 2026
Bac Sciences MathĂ©matiques & LycĂ©e Fonctions logarithmes ÉnoncĂ© avec corrigĂ© dĂ©taillĂ©

Conseil méthodologique : Cherchez attentivement cet exercice au brouillon pendant 15 à 30 minutes avant de consulter la solution détaillée ci-dessous.

ÉnoncĂ© de l'exercice :


Soient $a,b>0~$ Soient $~p,q~$ 2 réels strictement positifs conjugués c'est-à-dire : $$\dfrac{1}{p}+\dfrac{1}{q}=1$$

  1. Soient $~(x_i:~i=1\cdots,n),~$ des nombres strictement positifs.
    En utilisant la concavité de la fonction logarithme, démontrer que : \[ \ln\left( \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n x_i \right) \geq \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n \ln(x_i) \]
  2. En déduire l'inégalité d'Young: \[ ab \leq \frac{a^p}{p} + \frac{b^q}{q} \]
  3. En déduire aussi l'inégalité IAG : \[ \sqrt[n]{\prod_{i=1}^n x_i} \leq \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n x_i \]
  4. Application:
    Montrer que pour tout $x \in ]0, 1[$, $x(1-x) \leq \frac{1}{4}$.
Solution Détaillée & Corrigé Pas à Pas Corrigé complet

  1. Inégalité de Jensen
    • La fonction $\ln$ est concave sur $]0, +\infty[$ car $f''(x) = -1/x^2 < 0$.
    • D'aprĂšs l'inĂ©galitĂ© de concavitĂ© : $\ln(\frac{1}{n}\sum x_i) \geq \frac{1}{n}\sum \ln(x_i)$.
  2. Inégalité d'Young
    • Avec $\lambda_1 = 1/p$ et $\lambda_2 = 1/q$ tel que $\lambda_1+\lambda_2 = 1$ :
    • $\ln(\frac{1}{p}a^p + \frac{1}{q}b^q) \geq \frac{1}{p}\ln(a^p) + \frac{1}{q}\ln(b^q) = \ln(ab)$.
    • Par croissance de la fonction logarithme, on obtient : \[ab \leq \frac{a^p}{p} + \frac{b^q}{q}\]
  3. Inégalité IAG
    • $\ln(\text{Moyenne ArithmĂ©tique}) \geq \ln(\text{Moyenne GĂ©omĂ©trique})$.
    • Par croissance de la fonction logarithme, on obtient : \[\sqrt[n]{\prod x_i} \leq \frac{1}{n}\sum x_i\].
  4. Application
    • Pour $x \in ]0, 1[$, $\sqrt{x(1-x)} \leq \frac{x+1-x}{2} = \frac{1}{2}$.
    • D'oĂč $x(1-x) \leq 1/4$.