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Niveau maths spé
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Intégrale à majorer

Posté par
jhe77
02-09-24 à 21:21

Bonsoir
Je suis ingénieur retraite et encore très fasciné par les mathématiques...
Je bloque sur les idées pour résoudre ce problème de niveau Math Spéciales :
u>b>e^2 entraîne que l'intégrale de 1/Log x de b à  u < 2u/Log u.
J'ai l'intégration par parties ...encadrement de Log et aussi th de la moyenne généralisée mais rien ne marche.
Si quelqu'un a une autre idée je suis preneur et aussi pour la discussion...
Merci d'avance pour votre aide

Posté par
thetapinch27
re : Intégrale à majorer 02-09-24 à 22:02

Bonsoir,

Une idée à tester : utiliser la convexité de 1/ln(x)
En faisant le changement de variable permettant d'écrire x=y*b+(1-y)*u avec y dans [0,1] puis en appliquant la définition de convexité, j'ai l'impression que ça aboutit.

Il y aura des termes faisant apparaître b, mais je suppose qu'on peut  les traiter en utilisant b>e².

Tiens-nous au courant (que ça marche ou pas).

Bonne soirée

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Intégrale à majorer 03-09-24 à 13:50

Bonjour,
Si j'ai bien compris, il s'agit de démontrer cette inégalité :

\int_{b}^{u}{\dfrac{1}{ln(x)}dx} < \dfrac{2u}{ln(u)} \; avec \; u > b > e^{2}

Je ne sais pas si ça peut aider, mais il me semble qu'il suffit de démontrer l'inégalité avec \; e^{2} \; au lieu de \; b .

Posté par
jhe77
re : Intégrale à majorer 03-09-24 à 23:14

Bonsoir ,

En fait la proposition de Thetapinch27  est bonne  mais elle ne marche pas sur 1/Log x car la majoration est trop grossière au final.
Par contre en intégrant par parties de 1/Logx entre b et u  on tombe sur la somme de x/ Logx et de l'intégrale de 1/(Logx)^2.
on applique alors la convexité de 1/(Logx)^2 :
Au final la majoration est fine sur chacun des termes et on trouve le majorant suivant :
3/2 u/Logu - u/2(Logb)^2 -b/Logb < 2u/Logu

Je suis content assez de ce resultat pas evident à obtenir  et je vous remercie pour votre aide

Posté par
jhe77
re : Intégrale à majorer 04-09-24 à 23:31

Bonsoir à nouveau ,

Je vous recontacte sur le même sujet car je pense que nous n'avons toujours pas la solution.
Il y a une erreur de ma part dans la majoration ; en fait on arrive bien à 3/2 u/Logu mais il reste quand même un terme positif que j'avais oublié qui est u/2( Logb)^2 positif et que je n'ai pas su éliminer avant les termes négatifs.

Donc on ne peut pas conclure sur le majorant 2u/Logu.

Je reste donc preneur d'autres idées sur ce sujet et vous en remercie.

Posté par
thetapinch27
re : Intégrale à majorer 05-09-24 à 10:28

Bonjour,

Effectivement je viens de poser le calcul et il apparaît qu'avec l'inégalité de convexité (avec ou sans l'intégration par parties) on se retrouve avec un terme en "k*u" qu'on ne peut pas gérer.

Je propose une autre approche (pas testé jusqu'au bout).  Déjà on s'intéresse au cas u=bN+1 et on casse l'intervalle [b,bN+1] en intervalles de type [bn, bn+1].

On pourrait appliquer l'inégalité de convexité sur chacun des intervalles ainsi obtenus (ce qui revient à comparer à la méthode des trapèzes), mais on peut se contenter (dans un 1er temps) de dire que 1/ln(x) est maximum sur la borne "gauche" dans chaque intervalle (ce qui revient à comparer à la méthode des "rectangles à gauche") car le calcul est bien plus simple, bien que la majoration soit plus grossière.

Alors :
\int_b^u\frac{1}{ln(x)}dx = \sum_{n=1}^{N}\int_{b^n}^{b^{n+1}} \frac{1}{ln(x)}dx 
 \\ \leq \sum_{n=1}^{N} \frac{b^{n+1} - b^{n}}{2n} = \frac{b-1}{2b}\sum_{n=1}^{N} \frac{b^{n+1}}{n}
 \\

Puis on reconnaît dans cette somme la primitive de  f(x)=\frac{x^{N+1}-1}{x-1} appliquée en b (celle qui s'annule en 0)... Cela va donner un polynôme en u1/(N+1) et cela devrait aussi faire apparaître du log ... mais il va falloir majorer tout ça en fonction de u et ln(u) ... le boulot est loin d'être terminé.

Pas d'autre idée pour le moment ...

Posté par
larrech
re : Intégrale à majorer 05-09-24 à 10:44

Bonjour,

Comme l'a justement fait remarquer Sylvieg il suffit de traiter le cas b=e^2

Un simple calcul de dérivée, montre que

\dfrac {2u}{lnu}=\int_{e^2}^u\dfrac{2(lnx-1)}{ln^2x} dx +e^2

or

\int_{e^2}^u \dfrac{1}{lnx} dx-\int_{e^2}^u\dfrac{2(lnx-1)}{ln^2x} dx =\int_ {e^2}^u\dfrac{2-lnx}{ln^2x} dx<0<e^2

pour u\geq e^2

sauf erreur

Posté par
thetapinch27
re : Intégrale à majorer 05-09-24 à 10:55

Bonjour,

larrech : simple et efficace !

Posté par
larrech
re : Intégrale à majorer 05-09-24 à 19:19

merci thetapinch27



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