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Friday, 2 August 2024

Une page de Wikiversité, la communauté pédagogique libre. L'inégalité de Jensen est une généralisation de l'inégalité de convexité à plusieurs nombres. Elle permet de démontrer des inégalités portant sur des expressions faisant intervenir plusieurs nombres, comme la comparaison entre la moyenne arithmétique et la moyenne géométrique de plusieurs nombres. La plupart de ces inégalités seraient délicates à démontrer autrement. Préliminaire [ modifier | modifier le wikicode] Rappelons le théorème démontré au premier chapitre et connu sous le nom d'inégalité de Jensen. Théorème Soit f une fonction convexe définie sur un intervalle I de ℝ. Alors, pour tout ( x 1, x 2, …, x n) ∈ I n et pour toute famille (λ 1, λ 2, …, λ n) ∈ (ℝ +) n telle que λ 1 + λ 2 + … + λ n = 1, on a:. Nous avons aussi le corollaire immédiat suivant: Corollaire Soit f une fonction convexe définie sur un intervalle I de ℝ. Alors, pour tout ( x 1, x 2, …, x n) ∈ I n, on a:. Il suffit de poser λ 1 = λ 2 = … = λ n = 1/ n dans le théorème de Jensen.

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En mathématiques, et plus précisément en analyse, l' inégalité de Jensen est une relation utile et très générale concernant les fonctions convexes, due au mathématicien danois Johan Jensen et dont il donna la preuve en 1906. On peut l'écrire de deux manières: discrète ou intégrale. Elle apparaît notamment en analyse, en théorie de la mesure et en probabilités ( théorème de Rao-Blackwell), mais également en physique statistique, en mécanique quantique et en théorie de l'information (sous le nom d' inégalité de Gibbs). L'inégalité reste vraie pour les fonctions concaves, en inversant le sens. C'est notamment le cas pour la fonction logarithme, très utilisée en physique. Énoncé [ modifier | modifier le code] Forme discrète [ modifier | modifier le code] Théorème — Inégalité de convexité Soient f une fonction convexe, ( x 1, …, x n) un n -uplet de réels appartenant à l'intervalle de définition de f et ( λ 1, …, λ n) un n -uplet de réels positifs tels que Alors,. De nombreux résultats élémentaires importants d'analyse s'en déduisent, comme l' inégalité arithmético-géométrique: si ( x 1, …, x n) est un n -uplet de réels strictement positifs, alors:.

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En reprenant l'inégalité du a) avec a = a j p ∑ i = 1 n a i p ⁢ et ⁢ b = b j q ∑ i = 1 n b i q puis en sommant les inégalités obtenues, on obtient celle voulue. Exercice 8 1403 Soient x 1, …, x n des réels positifs. Établir 1 + ( ∏ k = 1 n x k) 1 / n ≤ ( ∏ k = 1 n ( 1 + x k)) 1 / n ⁢. En déduire, pour tous réels positifs a 1, …, a n, b 1, …, b n ( ∏ k = 1 n a k) 1 / n + ( ∏ k = 1 n b k) 1 / n ≤ ( ∏ k = 1 n ( a k + b k)) 1 / n ⁢. Exercice 9 4688 (Entropie et inégalité de Gibbs) On dit que p = ( p 1, …, p n) est une distribution de probabilité de longueur n lorsque les p i sont des réels strictement positifs de somme égale à 1. On introduit alors l' entropie de cette distribution définie par H ⁢ ( p) = - ∑ i = 1 n p i ⁢ ln ⁡ ( p i) ⁢. Soit p une distribution d'entropie de longueur n. Vérifier 0 ≤ H ⁢ ( p) ≤ ln ⁡ ( n) ⁢. Soit q une autre distribution d'entropie de longueur n. Établir l'inégalité de Gibbs H ⁢ ( p) ≤ - ∑ i = 1 n p i ⁢ ln ⁡ ( q i) ⁢. Exercice 10 2823 MINES (MP) (Inégalité de Jensen intégrale) Soient f: I → ℝ une fonction convexe continue 1 1 1 Lorsqu'une fonction convexe est définie sur un intervalle ouvert, elle est assurément continue (voir le sujet 4687).

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Compléments sur les fonctions Définition d'une fonction convexe par une inégalité 50 min 5 points Intérêt du sujet • Il y a plusieurs façons d'aborder la notion de convexité. Ce sujet vous en propose une nouvelle qui lie des notions de géométrie et d'analyse, et qui est fondée sur l'étude d'une inégalité. Soit f une fonction convexe sur un intervalle I et soient a et b deux éléments de I. On considère les points A et B de la courbe représentative de f de coordonnées respectives A ( a; f ( a)) et B ( b; f ( b)). Soient A 0 ( a; 0) et B 0 ( b; 0) deux points de l'axe des abscisses. On se propose de montrer que f est convexe sur a; b si, pour tout t appartenant à 0; 1, on a f ( t a + ( 1 − t) b) ≤ t f ( a) + ( 1 − t) f ( b). Partie A: Caractérisation de la convexité ▶ 1. Soit M un point d'abscisse x 0 situé entre A 0 et B 0 tel que B 0 M → = t B 0 A 0 → avec t ∈ 0; 1. a) Déterminer l'abscisse de M en fonction de a, b et t. b) Déterminer l'équation réduite de la droite ( AB). c) En traduisant que f est une fonction convexe sur a; b à l'aide de la position de la courbe par rapport à ses cordes, montrer que f est convexe si, pour tout t ∈ 0; 1, f ( t a + ( 1 − t) b) ≤ t f ( a) + ( 1 − t) f ( b).

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Exemple Soit la fonction définie sur par. La fonction est convexe, donc est concave. Les meilleurs professeurs de Maths disponibles 5 (80 avis) 1 er cours offert! 4, 9 (110 avis) 1 er cours offert! 4, 9 (85 avis) 1 er cours offert! 5 (128 avis) 1 er cours offert! 5 (118 avis) 1 er cours offert! 5 (80 avis) 1 er cours offert! 4, 9 (66 avis) 1 er cours offert! 4, 9 (95 avis) 1 er cours offert! 5 (80 avis) 1 er cours offert! 4, 9 (110 avis) 1 er cours offert! 4, 9 (85 avis) 1 er cours offert! 5 (128 avis) 1 er cours offert! 5 (118 avis) 1 er cours offert! 5 (80 avis) 1 er cours offert! 4, 9 (66 avis) 1 er cours offert! 4, 9 (95 avis) 1 er cours offert! C'est parti 2) Prouver une inégalité avec convexité - exercice d'application Avant de voir la vidéo de correction ci-dessous, vous pouvez vous essayer à l'exercice d'application suivant: Soit la fonction définie sur par a) Étudier la convexité de la fonction. b) Déterminer l'équation de la tangente à la fonction en. c) En déduire que pour tout réel négatif, on a: Vidéo Kevin - Application: Vous pouvez également retrouver le pdf du superprof ici: PDF Prouver une inégalité avec convexité Pour retrouver ces vidéos, ainsi que de nombreuses autres ressources écrites de qualité, vous pouvez télécharger l'application Studeo (ici leur website) pour iOS par ici ou Android par là!

\ln b}$. Enoncé Montrer que, pour tout $x\in[0, \pi/2]$, on a $$\frac{2}\pi x\leq \sin x\leq x. $$ Enoncé Soit $n\geq 2$. Étudier la convexité de la fonction $f$ définie sur $[-1;+\infty[$ par $f(x)=(1+x)^n$. En déduire que, pour tout $x\geq -1$, $(1+x)^n\geq 1+nx$. Enoncé Soient $a_1, \dots, a_n$ des réels strictement positifs. Prouver l'inégalité suivante: $$\sqrt[n]{a_1\dots a_n}\leq\frac{a_1+\dots+a_n}{n}. $$ Enoncé Soit $f$ une fonction convexe de classe $C^1$ sur $[a, b]$. Montrer que $$(b-a)f\left(\frac{a+b}{2}\right)\leq \int_a^b f(t)dt\leq (b-a)\frac{f(a)+f(b)}{2}. $$ Enoncé Soit $f:[a, b]\to\mathbb R$ de classe $C^2$ telle que $f(a)=f(b)=0$. On note $M=\sup_{[a, b]}|f''|$ et $$g(x)=f(x)-M\frac{(x-a)(b-x)}{2}\textrm{}\quad\quad h(x)=f(x)+M\frac{(x-a)(b-x)}{2}. $$ Justifier l'existence de $M$. Montrer que $g$ est convexe et que $h$ est concave. En déduire que, pour tout $x\in[a, b]$, on a $$|f(x)|\leq M\frac{(x-a)(b-x)}{2}. $$ Démontrer que la fonction $f:x\mapsto \ln(1+e^x)$ est convexe sur $\mathbb R$.

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