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mathématiques (terminale) · Chapitre 3 · Application directe du cours

Problème — Convexité et inégalité des moyennes

Dérivation et Convexité · niveau 2

Énoncé

Problème — Convexité et inégalité des moyennes.

  • Étudier la convexité de la fonction logarithme sur .
  • En déduire que pour tous réels , on a .

Corrigé

  • Soit . On a et . Comme pour tout , la fonction logarithme est strictement concave sur .
  • Par définition de la concavité, pour tous , on a :

On sait que . L'inégalité devient :

Comme la fonction logarithme est strictement croissante sur , on en déduit par composition inverse :

Ce qui prouve que la moyenne géométrique de deux nombres positifs est toujours inférieure ou égale à leur moyenne arithmétique.

Toute la démonstration tient dans une image : la corde du logarithme passe sous sa courbe, et il suffit de la lire en son milieu.

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