Inégalité problematique

Un problème, une question, un nouveau théorème ?
L'homme-train

Inégalité problematique

Message par L'homme-train » 19 août 2017 21:25

Bonjour à tous, j'ai un petit problème: Je bloque solidement sur une question de maths.
Si quelqu'un pouvait m'aider un peu, ce serait génial :).

Voici l’énoncé: Soit $ f:[0,1]\rightarrow \mathbb{R} $ de classe $ C^1 $ telle que $ f(0)=f(1)=0 $

1) montrer que $ \forall t\in [0,1] $ on a: $ f(t)^2\leq t\int_{0}^{t}f'(s)^2ds $
(Celle là je l'ai réussi avec Cauchy-Schwarz)

2) montrer que $ \forall t\in [0,1] $ on a: $ f(t)^2\leq \frac{1}{4}\int_{0}^{1}f'(s)^2ds $
Vu la première question je me suis dit que j'allais de nouveau utiliser Cauchy-Schwarz.
en utilisant un autre produit scalaire et le fait que 1 et 0 ont en gros les mêmes rôles, j'ai obtenu: $ \forall t\in [0,1], f(t)^2\leq (1-t)\int_{t}^{1}f'(s)^2ds $.

J'ai donc sommé et j'arrive à ça $ $ \forall t\in [0,1] $ on a: $ 2f(t)^2\leq t\int_{0}^{t}f'(s)^2ds +(1-t)\int_{t}^{1}f'(s)^2ds $
j'ai l'impression d'être proche de la réponse, mais je n'arrive pas à conclure, j'ai cherché à dériver le terme de droite, pour obtenir un maximum en $ \frac{1}{2} $, puis je me suis rendu compte que ce n’était pas le cas.

Bref: je sèche. Donc si vous avez des idées, je serais très reconnaissant. Merci d'avance :)

PS: la fin de l'exo est : montrer que $ \int_{0}^{1}f(t)^2dt\leq \frac{1}{8}\int_{0}^{1}f'(s)^2ds $ si ça vous intéresse, mais je n'ai pas encore cherché celle-la $
Dernière modification par L'homme-train le 19 août 2017 23:13, modifié 2 fois.

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Re: Inégalité problematique

Message par Koppnayw » 19 août 2017 22:56

Pour la question 2) j'y arrive pas. Par contre pour la dernière question, tu peux intégrer la première inégalité du 1) pour t entre 0 et 1/2, en majorant le t dans l'intégrale par 1/2. Tu fais un peu pareil pour l'autre et tu sommes.
La prépa c'est résoudre des problèmes compliqués qui ont une solution, la vie c'est résoudre des problèmes simples qui n'ont pas de solution.
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Re: Inégalité problematique

Message par L'homme-train » 19 août 2017 23:16

Je suis désolé, mais j'ai fat une erreur d’énoncé pour le PS. j'ai rectifié.
(ce à quoi Koppnayw a répondu était (je pense ainsi) $ \forall t\in[0,1] $ $ \int_{0}^{1}f(u)^2du\leq \frac{1}{8}\int_{0}^{t}f'(s)^2ds $
Edit: Ducoup non.)
Dernière modification par L'homme-train le 19 août 2017 23:21, modifié 1 fois.

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Re: Inégalité problematique

Message par Koppnayw » 19 août 2017 23:18

Oui j'avais vu l'erreur, j'ai en fait répondu à ton nouveau PS. C'est l'inégalité de Poincaré.
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Re: Inégalité problematique

Message par L'homme-train » 19 août 2017 23:28

Ah, ouf. J'avais peur de t'avoir fait réfléchir pour rien. Et ok, merci, je vais chercher un peu l’inégalité de Poincaré sur internet. Peut être que je trouverai la réponse de la 2) (en attendant, si quelqu'un a une idée...)

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Re: Inégalité problematique

Message par bullquies » 19 août 2017 23:32

pour la 2 ca me fait vaguement penser à l'inégalité de taylor.

Si tu l'appliques en 0 et en 1 et que tu fais la moyenne des deux, tu tomberas sur un truc du genre f(t)^2 <= M^2/4 avec M un majorant de |f'|

Je sais pas trop si tu peux faire mieux, mais ça pourrait peut-être te donner une idée :)
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Re: Inégalité problematique

Message par L'homme-train » 20 août 2017 11:59

J'ai tenté d'appliquer l'inégalité de Taylor, mais je n'ai pas réussi à conclure: La majoration par M m'a pas permis de retrouver l'intégrale recherchée.

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Re: Inégalité problematique

Message par v_lentin » 20 août 2017 13:22

Pour la question 2), on a:
$f(t) = \int_{0}^{t} f(s) \ ds \leq \sqrt{t} \sqrt{\int_{0}^{t} f(s)^{2} \ ds}$ et $f(t) = - \int_{t}^{1} f(s) \ ds \leq \sqrt{1 -t} \sqrt{\int_{t}^{1} f(s)^{2} \ ds}$ d'après l'inégalité de Cauchy-Schwarz.
Et du coup, \[f(t)^{2} \leq \sqrt{t (1 -t)} \sqrt{\int_{0}^{t} f(s)^{2} \ ds \int_{t}^{1} f(s)^{2} \ ds} \leq \frac{1}{2} \frac{\int_{0}^{t} f(s)^{2} \ ds + \int_{t}^{1} f(s)^{2} \ ds}{2}\] d'où le résultat.

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Re: Inégalité problematique

Message par L'homme-train » 20 août 2017 21:00

Merci beaucoup v_lentin, la solution est plus belle que je pensais :) je vais donc chercher la fin par moi même
Et @Dattier: sur la page wikipédia, on m'annonce que cette inégalité ne s'applique qu'aux fonctions dont l'intégrale est nulle, ce qui n'est pas le cas ici (sinon, ça aurait fait une majoration encore meilleure) mais merci du partage

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