Cet exercice n'est pas difficile. Il nécessite de connaitre le cours sur l'intégration.
Question 1
Soit f et g deux fonctions continues et positives sur l'intervalle [0;1]. On suppose que : ∀x∈[0;1],f(x)g(x)⩾1
Démontrer que : (∫01f(x)dx)×(∫01g(x)dx)⩾1
Correction
les deux fonctions f et g sont continues et positives sur l'intervalle [0;1], et vérifient : ∀x∈[0;1],f(x)g(x)⩾1 Donc : ∀x∈[0;1],f(x)g(x)⩾1 Ainsi, par intégration, on a : ∫01f(x)g(x)dx⩾∫011dx Avec : ∫011dx=[x]01=1−0=1 Donc : ∫01f(x)g(x)dx⩾1 Soit : ∫01f(x)g(x)dx⩾1 Appliquons maintenant l'inégalité de Cauchy−Schwarz aux deux fonctions x⟶f(x) et x⟶g(x). On a alors : ∫01f(x)2dx×∫01g(x)2dx⩾∣∣∫01f(x)g(x)dx∣∣ Les deux fonctions f et g sont continues et positives sur l'intervalle [0;1], il en va de même pour les deux fonctions x⟶f(x) et x⟶g(x). Donc on a : ∫01f(x)dx×∫01g(x)dx⩾∫01f(x)g(x)dx Comme ∫01f(x)g(x)dx⩾1, cela implique que : ∫01f(x)dx×∫01g(x)dx⩾∫01f(x)g(x)dx⩾1 Donc : ∫01f(x)dx×∫01g(x)dx⩾1 La fonction carré conserve l'ordre sur R+, ainsi, on en déduit que : ∫01f(x)dx×∫01g(x)dx2⩾12 Soit encore : ∫01f(x)dx×∫01g(x)dx⩾1 Finalement, on en déduit bien l'inégalité demandée, à savoir : (∫01f(x)dx)×(∫01g(x)dx)⩾1