Nous allons voir plusieurs applications de l'inégalité de Jensen. Application 1: Comparaison entre moyenne géométrique et moyenne arithmétique [ modifier | modifier le wikicode]
Propriété
Soient, réels strictement positifs. On a:. Autrement dit la moyenne géométrique est toujours inférieure à la moyenne arithmétique. Démonstration
La fonction est convexe car. En appliquant le corollaire, on obtient:
Application 2: Comparaison entre moyenne arithmétique et moyenne quadratique [ modifier | modifier le wikicode]
Considérons la fonction définie par:
On a alors:. Par conséquent, est convexe. et en élevant les deux membres à la puissance 1/p, on obtient:. Remarque
Si l'on pose dans la formule précédente, on obtient. Le second membre représente la moyenne quadratique des. Par conséquent, compte tenu de l'application 1, on peut dire que la moyenne arithmétique est toujours comprise entre la moyenne géométrique et la moyenne quadratique. C'est-à-dire que:. Application 3: démonstration de l'inégalité de Hölder [ modifier | modifier le wikicode]
L'inégalité de Young ci-dessous — donc aussi de celle de Hölder, qui s'en déduit — n'est pas une application de celle de Jensen mais une application directe de l'inégalité de convexité (début du chapitre 1).
Inégalité De Convexité Exponentielle
Réciproquement, si l'une des trois inégalités est vérifiée pour tous dans alors est convexe. L'inégalité des pentes a été démontrée dans le chapitre « Convexité » de la leçon sur les fonctions d'une variable réelle. Propriété 3
Soit une application. Pour tout, on définit l'application:. Alors, les cinq propriétés suivantes sont équivalentes:
est convexe sur;
pour tout, est croissante sur;
pour tout, les valeurs de sur sont inférieures à celles sur;
pour tout, est croissante sur. Les propriétés 2, 3 et 4 sont respectivement équivalentes aux trois inégalités des pentes, donc chacune est équivalente à la convexité de. Par conséquent, la cinquième l'est aussi. Propriété 4
Si est convexe, alors est réunion de trois sous-intervalles consécutifs (dont certains peuvent être vides) tels que est strictement décroissante sur le premier, constante sur le deuxième et strictement croissante sur le troisième. Propriété 5
Soit une fonction convexe. Si alors ou bien est décroissante, ou bien. Si alors ou bien est croissante, ou bien.
Inégalité De Convexité Généralisée
La forme intégrale dans le cadre de la théorie de la mesure (dont toutes les autres formes sont des cas particuliers) peut se déduire de la forme discrète par des arguments de densité [réf. nécessaire], mais la démonstration la plus courante est directe et repose sur l'existence, pour une fonction convexe, de suffisamment de minorantes affines [ 2], [ 4], [ 7]. Notes et références [ modifier | modifier le code]
↑. ↑ a b et c Bernard Maurey, Intégration et Probabilités (M43050) 2010-2011, Université Paris-Diderot, 14 mars 2011 ( lire en ligne), « Cours 15 ». ↑ Niculescu et Persson 2006, p. 44 ajoutent l'hypothèse que φ ∘ g est μ-intégrable, mais leur démonstration montre que cet énoncé reste valide si elle ne l'est pas, ce que Maurey 2011 explicite. ↑ a et b Niculescu et Persson 2006, p. 45. ↑ Voir cet exercice corrigé sur Wikiversité. ↑ Johan Jensen, « Sur les fonctions convexes et les inégalités entre les valeurs moyennes », Acta Math., vol. 30, 1906, p. 175-193. ↑ Voir la démonstration de la forme intégrale de l'inégalité de Jensen sur Wikiversité.
Inégalité De Convexity
4). Mais on peut aussi en donner une preuve directe:
Notons l'intégrale de. Alors,. Si est une extrémité de, la fonction est constante presque partout et le résultat est immédiat. Supposons donc que est intérieur à. Dans ce cas (propriété 10 du chapitre 1) il existe une minorante affine de qui coïncide avec au point:
Composer cette minoration par, qui est intégrable et à valeurs dans, permet non seulement de montrer que l'intégrale de est bien définie dans (celle de sa partie négative étant finie), mais aussi d'établir l'inégalité désirée par simple intégration:. On déduit entre autres de ce théorème une forme intégrale de l'inégalité de Hölder qui, de même, généralise l'inégalité de Hölder discrète ci-dessus: cf. Exercice 1-5.
Inégalité De Connexite.Fr
Leçon 253 (2020): Utilisation de la notion de convexité en analyse. Dernier rapport du Jury:
(2019: 253 - Utilisation de la notion de convexité en analyse. ) Il s'agit d'une leçon de synthèse, très riche, qui mérite une préparation soigneuse. Même si localement (notamment lors de la phase de présentation orale) des rappels sur la convexité peuvent être énoncés, ceci n'est pas nécessairement attendu dans le plan. Il s'agit d'aborder différents champs des mathématiques où la convexité intervient. On pensera bien sûr, sans que ce soit exhaustif, aux problèmes d'optimisation (par exemple de la fonctionnelle quadratique), au théorème de projection sur un convexe fermé, au rôle joué par la convexité dans les espaces vectoriels normés (convexité de la norme, jauge d'un convexe,... ). Les fonctions convexes élémentaires permettent aussi d'obtenir des inégalités célèbres. On retrouve aussi ce type d'argument pour justifier des inégalités de type Brunn-Minkowski ou Hadamard. Par ailleurs, l'inégalité de Jensen a aussi des applications en intégration et en probabilités.
Développement choisi: (par le jury)
Projection sur un convexe fermé
Autre(s) développement(s) proposé(s):
Pas de réponse fournie. Liste des références utilisées pour le plan:
Résumé de l'échange avec le jury (questions/réponses/remarques):
- Dessinez ce que représente la caractérisation du projeté avec le produit scalaire dans le plan. - Vous dites que Ker(f) est fermé car f est une forme linéaire continue. Que se passe-t-il si f n'est pas supposée continue? (il est dense dans H)
- On travaille dans un espace vectoriel E quelconque, et on prends F de dimension finie. On prends F sev fermé. Le théorème s'applique-t-il toujours? A-t-on toujours E = F (+) F^orthogonal? (Le théorème ne s'applique pas puisque nous ne sommes pas dans un espace de Hilbert, mais le théorème reste vrai en prenant par exemple une base orthogonale de F et en caractérisant le projeté à l'aide du produit scalaire). - On admet l'inégalité, pour a et b réels, (|a|^4 + |b|^4)/2 - |(a+b)/2|^4 |>= |a-b|^4 / 16 (se démontre à la main avec le binôme).
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