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Niveau Master Maths
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concavité et décroissance

Posté par
jbsph
04-08-24 à 16:47

Bonjour,
Je sèche à montrer qu'une fonction décroissante et concave, définie sur [a, + \infty[, tend vers -\infty en +\infty.

Qcn a une idée?

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : concavité et décroissance 04-08-24 à 18:07

Bonjour,
Qu'as-tu tenté ?
Peux-tu écrire la définition de f concave sur [a, + \infty[ ?

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : concavité et décroissance 05-08-24 à 07:23

Une piste :
Commencer par se ramener au cas a = 0 en posant g(x) = f(x+a).
Puis démontrer g(x) x[g(1)-g(0)]+g(0).

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : concavité et décroissance 07-08-24 à 08:02

Rajouter "pour x 1"

Posté par
jbsph
re : concavité et décroissance 08-08-24 à 10:58

Merci beaucoup pour tes réponses (je m'étais absenté).
Ah oui, j'ai pas précisé dans l'énoncé mais f est supposée deux fois dérivable aussi, j'ai essayé en partant de ça mais sans aller bien loin.
En tout cas dans le cas général j'ai avancé selon ce que tu as conseillé:  l'inégalité en 0 et 1 pour la fonction g vient du fait que g est une translation de f donc conserve la propriété de concavité. On ainsi: f(x+a) \leq xf[(a+1)-f(a)] + f(a) pour x \in [0,1]

en reproduisant cela sur tout intervalle [n,n+1], n \in \mathbb{N} on obtient: f(x+a) \leq x[f(a+n+1)-f(a+n)]+f(a). (\forall x \in [a,\infty[, \exists n\in \mathbb{N} / x\in[n,n+1]).
Il faut donc supposer f strictement décroissante pour conclure.
Est-ce cela ?

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : concavité et décroissance 08-08-24 à 13:50

Citation :
Puis démontrer g(x) x[g(1)-g(0)]+g(0).
L'as-tu démontré ?

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : concavité et décroissance 08-08-24 à 14:02

Ça revient, avec n =0, à ton " f(x+a) \leq x[f(a+n+1)-f(a+n)]+f(a). "
Mais comment le démontres-tu ?

Posté par
jbsph
re : concavité et décroissance 08-08-24 à 14:23

En fait non, je trouve une inégalité dans l'autre sens ...
Dom(g) = [0, +\infty[
1. Mq g est concave: \forall (x,y) \in ([0,+\infty[)^2, \forall t \in [0,1], tf(a+x)+(1-t)f(a+y) \leq f[t(x+a) + (1-t)(y+a)] \Rightarrow tg(x) + (1-t)g(y) \leq f[tx + (1-t)y + a] = g[tx + (1-t)y], soit g est concave sur son domaine.

2. Mq g(x) <= x[g(1)-g(0)]+g(0): Appliquons l'inégalité de concavité à g entre 0 et 1: \forall x \in [0,1]: (1-x)g(0)+xg(1)\leq g(x) \Rightarrow g(0) +(g(1)-g(0))x \leq g(x)

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : concavité et décroissance 08-08-24 à 15:02

Écrire une inégalité avec x entre 0 et 1 quand on veut faire tendre x vers + ne peut pas être très utile
Par contre utiliser 1/x avec x > 1 peut faire avancer les choses.

Peux-tu écrire la définition de g concave sur [0, + \infty[ ?
En évitant la lettre a déjà utilisée dans l'énoncé.
Je ne reviens que dans environ une heure.

Posté par
jbsph
re : concavité et décroissance 08-08-24 à 16:05

je pensais qu'on allait le montrer sur une union d'intervalles de taille 1. D'accord.
g concave sur [0,+\infty[\Leftrightarrow \forall (x,y) \in [0,+\infty[^2, \forall t \in [0,1], tg(x) + (1-t)g(y) \leq g[tx + (1-t)y]

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : concavité et décroissance 08-08-24 à 16:29

Pas besoin d'intervalles de taille 1.

1/x est dans quel intervalle si x > 1 ?

Posté par
jbsph
re : concavité et décroissance 08-08-24 à 16:56

alors \frac{1}{x} \in ]0,1[
donc on peut appliquer l'inégalité de concavité à g entre 1/x et x.

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : concavité et décroissance 09-08-24 à 02:35

Bonjour

\boxed{0} il me semble que pour conclure il faut supposer en plus que la fonction est non constante.

\boxed{1} puis prendre un réel b\in]a,+\infty[ tel que f(b)<f(a),

l'inégalité des pentes donne alors : \forall x\geqslant b , \frac{f(x)-f(a)}{x-a}\leqslant \frac{f(b)-f(a)}{b-a} ... sauf erreur de ma part bien entendu

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : concavité et décroissance 09-08-24 à 08:49

Oui pour \boxed{0}.
Sinon, voir Fonction concave et décroissante

Posté par
jbsph
re : concavité et décroissance 09-08-24 à 09:25

Ok, j'ai bien compris dans le cas où la fct est dérivable selon l'autre sujet.
Mais dans le cas non dérivable grâce à l'inégalité des pentes entre 0 et 1 pour x>1 j'ai montré que g(x)<x(g(1)-g(0))+g(0). donc dès que g str décroissante, on a g tend vers - par cette formule?

Sinon je n'ai pas compris l'intérêt de x>1 et 0<1/x<1 ici, pourquoi as tu introduit cela ?

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : concavité et décroissance 09-08-24 à 09:41

Pour pouvoir poser t = 1/x.

Posté par
jbsph
re : concavité et décroissance 09-08-24 à 17:27

D'accord.
Merci beaucoup pour tes réponses !

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : concavité et décroissance 09-08-24 à 18:57

De rien, et à une autre fois sur l'île \;



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