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Nous allons voir plusieurs applications de l'inégalité de Jensen. Application 1: Comparaison entre moyenne géométrique et moyenne arithmétique [ modifier | modifier le wikicode] Propriété Soient, réels strictement positifs. On a:. Autrement dit la moyenne géométrique est toujours inférieure à la moyenne arithmétique. Démonstration La fonction est convexe car. En appliquant le corollaire, on obtient: Application 2: Comparaison entre moyenne arithmétique et moyenne quadratique [ modifier | modifier le wikicode] Considérons la fonction définie par: On a alors:. Par conséquent, est convexe. et en élevant les deux membres à la puissance 1/p, on obtient:. Remarque Si l'on pose dans la formule précédente, on obtient. Le second membre représente la moyenne quadratique des. Par conséquent, compte tenu de l'application 1, on peut dire que la moyenne arithmétique est toujours comprise entre la moyenne géométrique et la moyenne quadratique. C'est-à-dire que:. Application 3: démonstration de l'inégalité de Hölder [ modifier | modifier le wikicode] L'inégalité de Young ci-dessous — donc aussi de celle de Hölder, qui s'en déduit — n'est pas une application de celle de Jensen mais une application directe de l'inégalité de convexité (début du chapitre 1).
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Inégalité De Convexité Ln
Forme intégrale [ modifier | modifier le code] Cas particulier [ modifier | modifier le code] Inégalité de Jensen — Soient g une fonction continue de [0, 1] dans] a, b [ (avec –∞ ≤ a < b ≤ +∞) et φ une fonction convexe de] a, b [ dans ℝ. Alors,. Cet énoncé a un sens car sous ces hypothèses, l'intégrale de g appartient à [ a, b] et φ ∘ g est continue sur [0, 1] donc intégrable. Théorie de la mesure [ modifier | modifier le code] Inégalité de Jensen [ 1], [ 2] — Soient (Ω, A, μ) un espace mesuré de masse totale μ(Ω) égale à 1, g une fonction μ-intégrable à valeurs dans un intervalle réel I et φ une fonction convexe de I dans ℝ. Alors, l'intégrale de droite pouvant être égale à +∞ [ 3]. Cet énoncé a un sens car sous ces hypothèses, l'intégrale de g appartient à I. Lorsque φ est strictement convexe, les deux membres de cette inégalité sont égaux (si et) seulement si g est constante μ- presque partout [ 4]. De ce théorème on déduit, soit directement [ 2], [ 5], soit via l' inégalité de Hölder, une relation importante entre les espaces L p associés à une mesure finie de masse totale M ≠ 0:, avec égalité si et seulement si est constante presque partout.
Inégalité De Convexité Exponentielle
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).
Inégalité De Convexité Généralisée
Bonjour, Je voudrais montrer que si f est convexe et continue sur $[a, b]$, alors: \begin{equation*} \ f(\dfrac{a+b}{2})\leq\dfrac{1}{b-a}\int_{a}^{b}f(x)dx\leq\dfrac {f(a)+f(b)}{2} \end{equation*}L'inégalité de droite est simple, il suffit d'intégrer: \ f(x)\leq\dfrac{f(b)-f(a)}{b-a}(x-a)+f(a) \end{equation*}Pour l'inégalité de gauche, c'est simple si on suppose que f est dérivable.. On intègre: \ f'(\dfrac{a+b}{2})(x-\dfrac{a+b}{2})+f(\dfrac{a+b}{2}) \leq\ f(x) \end{equation*}Comment faire lorsque f n'est pas dérivable? L'inégalité de départ porte-t-elle un nom? Connaissez-vous d'autres inégalités de convexité, mis-à-part celles de Jensen, Young, Hölder, Minkowsky, comparaison de la moyenne arithmétique et géométrique?
Inégalité De Convexité Démonstration
Exemple: Pour tout réel \(x\), on pose \(g(x)=\dfrac{1}{12}x^4-\dfrac{2}{3}x^3+2x^2\). La fonction \(g\) est deux fois dérivable sur \(\mathbb{R}\) et pour tout réel \(x\), \(g'(x)=\dfrac{1}{3}x^3-2x^2+4x\) et \(g^{\prime\prime}(x)=x^2-4x+4=(x-2)^2\). Ainsi, pour tout réel \(x\), \(g^{\prime\prime}(x)\geqslant 0\). \(g\) est donc convexe sur \(\mathbb{R}\). Puisqu'il n'y a pas de changement de convexité, \(g\) ne présente pas de point d'inflexion, et ce, même si \(g^{\prime\prime}(2)=0\). Applications de la convexité Inégalité des milieux Soit \(f\) une fonction convexe sur un intervalle \(I\). Pour tous réels \(a\) et \(b\) de \(I\), \[ f\left( \dfrac{a+b}{2} \right) \leqslant \dfrac{f(a)+f(b)}{2}\] On considère les points \(A(a, f(a))\) et \((b, f(b))\). Le milieu du segment \([AB]\) a pour coordonnées \(\left(\left(\dfrac{a+b}{2}\right), \dfrac{f(a)+f(b)}{2}\right)\). Or, la fonction \(f\) étant convexe sur \(I\), le segment \([AB]\) se situe au-dessus de la courbe représentative de \(f\).
Inégalité De Connexite.Fr
Si et si est majorée, alors elle est constante. Si et n'est pas décroissante alors, d'après la propriété 4, il existe tel que sur, est strictement croissante, en particulier:. Or d'après la propriété 3, pour tout,, c'est-à-dire, ou encore. Comme, on en déduit:. se démontre comme 1., ou s'en déduit par le changement de variable. est une conséquence immédiate de 1. et 2. Propriété 6 Toute fonction convexe sur un intervalle ouvert est continue sur. D'après la propriété 3, pour tout, la fonction « pente » est croissante. Elle admet donc (d'après le théorème de la limite monotone) une limite à gauche et à droite en finies. Cela montre que est dérivable à gauche et à droite, donc continue. Une fonction convexe sur un intervalle non ouvert peut être discontinue aux extrémités de cet intervalle. Par exemple, la fonction définie par est convexe sur mais n'est pas continue en. Propriété 7 Soit une fonction convexe strictement monotone sur un intervalle ouvert. Sur l'intervalle, est convexe si est décroissante; concave est croissante.
φ: x ↦ x ln ( x) est convexe sur I = ℝ + * car φ ′ ( x) = 1 + ln ( x) croît avex x. L'inégalité précédente donne alors 0 ≤ ∫ 0 1 f ( t) ln ( f ( t)) d t puisque ∫ 0 1 f ( t) d t = 1 annule φ. x ↦ x ln ( x) étant convexe et de tangente d'équation y = x - 1 en 1, on a x ln ( x) ≥ x - 1 pour tout x > 0 . Par suite, ∫ 0 1 f ( t) ln ( f ( t)) d t - ∫ 0 1 f ( t) ln ( g ( t)) d t = ∫ 0 1 f ( t) g ( t) ln ( f ( t) g ( t)) g ( t) d t ≥ ∫ 0 1 ( f ( t) g ( t) - 1) g ( t) d t = 0 . Exercice 12 4689 Soit f: [ 0; 1] → ℝ une fonction convexe dérivable. Montrer 1 1 Ce résultat permet d'estimer la qualité de l'approximation de la valeur d'une intégrale d'une fonction convexe par l'aire d'un trapèze. 0 ≤ f ( 0) + f ( 1) 2 - ∫ 0 1 f ( t) d t ≤ f ′ ( 1) - f ′ ( 0) 8 . Exercice 13 2942 X (MP) Correction Soit f: [ 0; 1] → ℝ continue, concave et vérifiant f ( 0) = 1. Établir ∫ 0 1 x f ( x) d x ≤ 2 3 ( ∫ 0 1 f ( x) d x) 2 .
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