mathématiques (ECT 1re année) · Chapitre 10 · Exercice
Comparer une puissance et une exponentielle
Fonctions logarithme et exponentielle · Croissances comparées et inégalités · niveau 3 (difficile)
Énoncé
Montrer que pour tout , puis en déduire que pour tout .
Corrigé
La fonction auxiliaire. Posons sur . Montrer l'inégalité revient à montrer .
Variations.
Comme , le signe de est celui de : négatif sur , positif sur . La fonction décroît puis croît, et atteint son minimum en .
La valeur du minimum. .
Le minimum vaut donc , d'où pour tout , c'est-à-dire
La déduction. Multiplions par , ce qui conserve le sens : . Or, par définition de la puissance d'exposant réel, ; et . Donc
La fonction étant strictement croissante, on peut la « retirer » des deux côtés : pour tout .
Contrôle. Pour : et . Pour : et . L'égalité n'a lieu qu'en , là où le minimum était atteint.
Le point à retenir. Pour comparer deux quantités strictement positives, on compare leurs logarithmes. Et une inégalité se démontre en étudiant la fonction « différence » : ici son minimum vaut exactement zéro, ce qui rend l'inégalité optimale.
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