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Convexité,integrale et suite

Posté par
Crei
11-04-23 à 10:48

Bonjour, Besoin d'aide.
Soient f: [0, 1] \longrightarrow \mathbb R une fonction continue et \varphi : \mathbb R \longrightarrow \mathbb R une fonction continue et convexe.

(a) Montrer que \varphi ( \int _{0} ^{ 1} f)\leq \int_{0}^{1} \varphi of.
(b) On suppose de plus que f > 0 , et on pose: \forall n \in \mathbb N ^ * , a_{n} = \int_{0}^{1} f(z) ^ n dz\ , I_{n} = \sqrt[n]{a_{n}} et\ b_n =\frac{a_{n + 1}}{a_n}
Etudier le sens de variations des deux suites (a_ n )_{n>0} \ et\ (b_n )_{n> 0} . puis déterminer leur limite.

j'ai\ pu faire\ le\ a) avec la definition de la convexité, la courbe d'une fonction convexe est au dessus de ses tangentes. Alors j'ecris l'inegalité en un point a , \varphi\geq\varphi(a)+\varphi'(a)(x-a) puis j'intègr en posant a=\int_{0}^{1}f\ et\ x=f(t)
Merci de m'aider avec le b)

Posté par
Ulmiere
re : Convexité,integrale et suite 11-04-23 à 12:04

Est-ce que f est bornée ? Si oui, explique pourquoi, et montre que tu peux supposer sans perte de généralité que f est de norme infini égale à 1. On note I_\infty = 1. Normalement, cette notation doit te mettre la puce à l'oreille concernant la convergence et la limite de la suite I

Posté par
Crei
re : Convexité,integrale et suite 11-04-23 à 14:28

Ulmiere @ 11-04-2023 à 12:04

Est-ce que f est bornée ? Si oui, explique pourquoi, et montre que tu peux supposer sans perte de généralité que f est de norme infini égale à 1. On note I_\infty = 1. Normalement, cette notation doit te mettre la puce à l'oreille concernant la convergence et la limite de la suite I


f est continue sur [0:1] donc bornée sur [0,1]
Je suis un peu perdu avec les normes là. Nous ne l'avons pas encore vu

Posté par
Crei
re : Convexité,integrale et suite 12-04-23 à 00:23

Crei @ 11-04-2023 à 10:48

Bonjour, Besoin d'aide.
Soient f: [0, 1] \longrightarrow \mathbb R une fonction continue et \varphi : \mathbb R \longrightarrow \mathbb R une fonction continue et convexe.

(a) Montrer que \varphi ( \int _{0} ^{ 1} f)\leq \int_{0}^{1} \varphi of.
(b) On suppose de plus que f > 0 , et on pose: \forall n \in \mathbb N ^ * , a_{n} = \int_{0}^{1} f(z) ^ n dz\ , I_{n} = \sqrt[n]{a_{n}} et\ b_n =\frac{a_{n + 1}}{a_n}
Etudier le sens de variations des deux suites (a_ n )_{n>0} \ et\ (b_n )_{n> 0} . puis déterminer leur limite.

j'ai\ pu faire\ le\ a) avec la definition de la convexité, la courbe d'une fonction convexe est au dessus de ses tangentes. Alors j'ecris l'inegalité en un point a , \varphi\geq\varphi(a)+\varphi'(a)(x-a) puis j'intègr en posant a=\int_{0}^{1}f\ et\ x=f(t)
Merci de m'aider avec le b)


dans le titre de l'exercice , il y'avait aussi inegalité de jensen je ne sais pas si ça peut aider

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Convexité,integrale et suite 12-04-23 à 02:31

Bonsoir


\boxed{(a)} L'inégalité de Jensen permet d'écrire :

\Large\boxed{\forall n\in\mathbb N^*~,~\varphi\left(\frac{1}{n}\sum_{k=1}^nf(\frac{k}{n})\right)\leqslant\frac{1}{n}\sum_{k=1}^n\varphi of(\frac{k}{n})\right)} ...

Posté par
Crei
re : Convexité,integrale et suite 12-04-23 à 09:50

elhor_abdelali @ 12-04-2023 à 02:31

Bonsoir


\boxed{(a)} L'inégalité de Jensen permet d'écrire :

\Large\boxed{\forall n\in\mathbb N^*~,~\varphi\left(\frac{1}{n}\sum_{k=1}^nf(\frac{k}{n})\right)\leqslant\frac{1}{n}\sum_{k=1}^n\varphi of(\frac{k}{n})\right)} ...
cela siginifie que les limites sont dans le meme ordre. Et on voit des sommes de Riemann.  Je l'ai fait autrement ,disons que j' n'etais pas dans le contexte. Merci de m'aider pour la suite

Posté par
GBZM
re : Convexité,integrale et suite 12-04-23 à 10:03

Bonjour,
Aurais-tu fait une erreur en recopiant l'énoncé de la question 2 ?
Relis-toi bien.

Posté par
Crei
re : Convexité,integrale et suite 12-04-23 à 10:39

GBZM @ 12-04-2023 à 10:03

Bonjour,
Aurais-tu fait une erreur en recopiant l'énoncé de la question 2 ?
Relis-toi bien.
j'ai verifier c'est bien ça. Que soupconner vous comme erreur

Posté par
GBZM
re : Convexité,integrale et suite 12-04-23 à 11:12

L'énoncé tel que tu l'as écrit introduit un I_n dont on ne fait absolument rien. La lettre I invoque une intégrale. Mais ce n'est pas une intégrale.
Curieux, non ?

Posté par
Crei
re : Convexité,integrale et suite 12-04-23 à 11:25

GBZM @ 12-04-2023 à 11:12

L'énoncé tel que tu l'as écrit introduit un I_n dont on ne fait absolument rien. La lettre I invoque une intégrale. Mais ce n'est pas une intégrale.
Curieux, non ?
en effet , cependant c'est exactement comme ça c'est ecris. Je pensais à lui comme une indication pour trrouvé la reponse

Posté par
GBZM
re : Convexité,integrale et suite 12-04-23 à 11:55

Avec I_n=\int_0^1f(t)^n\,dt et a_n=\sqrt[n]{I_n}, ça me paraît déjà plus sympa.

Posté par
Crei
re : Convexité,integrale et suite 12-04-23 à 20:16

GBZM @ 12-04-2023 à 11:55

Avec I_n=\int_0^1f(t)^n\,dt et a_n=\sqrt[n]{I_n}, ça me paraît déjà plus sympa.

Le prof dit que l'on doit calculer la limite de I_n et que meme si on ne l'avait pas donné il aurait fallu le poser.

Posté par
Crei
re : Convexité,integrale et suite 12-04-23 à 20:18

Crei @ 12-04-2023 à 20:16

GBZM @ 12-04-2023 à 11:55

Avec I_n=\int_0^1f(t)^n\,dt et a_n=\sqrt[n]{I_n}, ça me paraît déjà plus sympa.

Le prof dit que l'on doit calculer la limite de I_n et que meme si on ne l'avait pas donné il aurait fallu le poser.
je ne vois pas du tout le debut de ce fil

Posté par
GBZM
re : Convexité,integrale et suite 12-04-23 à 22:56

Avec la façon dont j'ai corrigé l'énoncé et qui me semble tout à fait raisonnable, ça a bien un sens d'étudier la variation de (a_n), et de chercher la limite de cette suite.
Il y a eu confusion dans l'écriture de l'énoncé, à mon avis.

Posté par
Crei
re : Convexité,integrale et suite 14-04-23 à 21:23

GBZM @ 12-04-2023 à 22:56

Avec la façon dont j'ai corrigé l'énoncé et qui me semble tout à fait raisonnable, ça a bien un sens d'étudier la variation de (a_n), et de chercher la limite de cette suite.
Il y a eu confusion dans l'écriture de l'énoncé, à mon avis.
le prof maintient pour l'instant , on va attendre la correction

Posté par
GBZM
re : Convexité,integrale et suite 14-04-23 à 21:41

Si f   est constante égale à a, alors avec l'énoncé a_n=a^n et le sens de variation dépend de a. Pour la limite, 0, 1 ou +\infty. De manière générale la question 1 ne sert à rien pour trouver le sens de variation de (a_n)
Avec la correction que j'ai proposée, dans le cas où f est constante égale à a alors la suite (a_n) est constante égale à a. Dans le cas général, la question 1 montre que (a_n) est toujours croissante et sa limite est le maximum de f sur [0,1]

Posté par
Crei
re : Convexité,integrale et suite 18-05-23 à 10:29

GBZM @ 14-04-2023 à 21:41

Si f   est constante égale à a, alors avec l'énoncé a_n=a^n et le sens de variation dépend de a. Pour la limite, 0, 1 ou +\infty. De manière générale la question 1 ne sert à rien pour trouver le sens de variation de (a_n)
Avec la correction que j'ai proposée, dans le cas où f est constante égale à a alors la suite (a_n) est constante égale à a. Dans le cas général, la question 1 montre que (a_n) est toujours croissante et sa limite est le maximum de f sur [0,1]
Nous avons corrigé puis je envoyé le pdf ici?

Posté par
GBZM
re : Convexité,integrale et suite 18-05-23 à 10:43

Je parie que le corrigé confirme ce que j'avais écrit.

Posté par
Crei
re : Convexité,integrale et suite 18-05-23 à 12:07

ah non

Posté par
Crei
re : Convexité,integrale et suite 18-05-23 à 12:20

Crei @ 18-05-2023 à 12:07

ah non

ENNONCE  LE POINT 3

Convexité,integrale et suite

Posté par
Crei
re : Convexité,integrale et suite 18-05-23 à 12:24

3)b juste en bas

pdf
PDF - 296 Ko

Posté par
GBZM
re : Convexité,integrale et suite 18-05-23 à 13:11

Bien sûr que si, ça confirme ce que j'avais écrit ! Le corrigé est bidon sur ce point, parce qu'il y a une erreur d'énoncé et que l'énoncé qui fait sens est celui tel que je l'ai corrigé.

La preuve : pour étudier les sens de variation et la limite de (a_n), l'énoncé discute trois cas : 0<f<1 sur [0,1], f=1 sur {0,1] et f>1 sur {0,1]. Comme si la liste de ces trois cas était exhaustive !!!
Autre preuve : nulle part dans la correction on utilise le résultat de la question a) !

Posté par
GBZM
re : Convexité,integrale et suite 18-05-23 à 13:35

Voici un énoncé correct, et un bout de correction pas bidon :

f est une fonction continue strictement positive sur [0,1], I_n=\int_0^1 f(z)^n\,dz, a_n=\sqrt[n]{I_n}.

D'après la question a), vu que la fonction x\mapsto x^{1+1/n} est convexe sur \left]0,+\infty\right[, on a 0<a_n^{n+1}=\left(\int_0^1 f(z)^n\,dz\right)^{1+1/n}\leq \int_0^1 (f(z)^n)^{1+1/n}\,dz=I_{n+1}=a_{n+1}^{n+1}.
La suite (a_n) est donc croissante, et vu qu'elle est majorée par M=\max\{f(z)\mid z\in [0,1]\}, elle a une limite.

Posté par
Crei
re : Convexité,integrale et suite 18-05-23 à 13:35

Je suis bleu là. Le côté objectif n'y est pas mais il réussit à apporter une réponse. A moins d'une erreur dans le raisonnement ou rédaction je ne vois pas le côté bidon

Posté par
GBZM
re : Convexité,integrale et suite 18-05-23 à 13:38

Tu ne vois pas que la liste de trois cas : 0<f<1 sur [0,1], f=1 sur [0,1] et f>1 sur {0,1] est loin d'être exhaustive ???

Posté par
Crei
re : Convexité,integrale et suite 18-05-23 à 14:05

GBZM @ 18-05-2023 à 13:38

Tu ne vois pas que la liste de trois cas : 0<f<1 sur [0,1], f=1 sur [0,1] et f>1 sur {0,1] est loin d'être exhaustive ???
je ne comprend pas. pouvez vous expliciter

Posté par
GBZM
re : Convexité,integrale et suite 18-05-23 à 14:09

Est-ce que la fonction z\mapsto \dfrac12+z sur [0,1] rentre dans un des trois cas ?

Posté par
GBZM
re : Convexité,integrale et suite 18-05-23 à 14:34

L'exercice est très joli par ailleurs, et je ne comprends pas l'obstination de ton prof (ni la tienne) à ne pas voir que la formulation correcte de l'énoncé est avec I_n l'intégrale (comme l'indique la lettre I), a_n=\sqrt[n]{I_n} et b_n=I_{n+1}/I_n.
Les deux suites (a_n) et (b_n) sont majorées par le maximum M de f sur [0,1]. La suite (a_n) est croissante par application de la partie a) de la question, la suite (b_n) est croissante par application de Cauchy-Schwarz. Les deux suites ont donc des limites strictement positives et inférieures ou égales à M. Ces deux limites sont égales par application de Cesaro puisque a_n=(b_0\times\cdots\times b_{n-1})^{1/n}. Enfin la limite de (a_n) est égale à M puisque pour tout \epsilon >0 il existe un intervalle de longueur \eta>0 sur lequel f\geq M-\epsilon et donc a_n\geq (M-\epsilon)\eta^{1/n} pour tout n, d'où \lim_{n\to\infty}a_n\geq M-\epsilon.



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