La disjonction des cas - Exercice 4

20 min
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Question 1

Démontrer que ∀x∈R, ∣ x−1 ∣⩽x2−x+1\forall x \in \mathbb{R}, \, |\, x - 1 \,| \leqslant x^2 - x + 1

Correction
On cherche à démontrer que :
∀x∈R,∣ x−1 ∣ ⩽x2−x+1\forall x \in \mathbb{R}, |\, x - 1 \,| \, \leqslant x^2 - x + 1
Commençons par constater qu'il est sans doute plus simple de présenter ce résultat sous la forme suivante :
∀x∈R, x2−x+1−∣ x−1 ∣⩾0\forall x \in \mathbb{R}, \, x^2 - x + 1 - |\, x - 1 \,| \geqslant 0
La présence du terme ∣ x−1 ∣|\, x - 1 \,| suggère de distinguer selon la valeur de xx suivant x⩾1x \geqslant 1 et x<1x < 1. On a les deux situations suivantes.
∙  \bullet \,\, Premier cas : si x⩾1x \geqslant 1 alors x−1⩾0x - 1 \geqslant 0 et ce qui implique que ∣ x−1 ∣=x−1|\, x - 1 \,| = x - 1.
Dans ce cas, on obtient :
x2−x+1−∣ x−1 ∣=x2−x+1−(x−1)=x2−x+1−x+1=x2−2x+1+1=(x−1)2+1x^2 - x + 1 - |\, x - 1 \,| = x^2 - x + 1 - (x - 1) = x^2 - x + 1 - x + 1 = x^2 - 2x + 1 + 1 = (x-1)^2 + 1
Or, une expression au carré est nécessairement positive ou nulle, donc (x−1)2⩾0(x-1)^2 \geqslant 0. Ce qui nous permet d'écrire que (x−1)2+1⩾1(x-1)^2 + 1 \geqslant 1 ou encore (x−1)2+1>0(x-1)^2 + 1 > 0.
Donc on a bien x2−x+1−∣ x−1 ∣⩾0x^2 - x + 1 - |\, x - 1 \,| \geqslant 0, ce qui est équivalent à ∣ x−1 ∣ ⩽x2−x+1|\, x - 1 \,| \, \leqslant x^2 - x + 1.
∙∙  \bullet \bullet \,\, Deuxième cas : si x<1x < 1 alors x−1<0x - 1 < 0 et ce qui implique que ∣ x−1 ∣=−(x−1)=−x+1=1−x|\, x - 1 \,| = -(x - 1) = - x + 1 = 1 - x.
Dans ce cas, on obtient :
x2−x+1−∣ x−1 ∣=x2−x+1−(1−x)=x2−x+1−1+x=x2x^2 - x + 1 - |\, x - 1 \,| = x^2 - x + 1 - (1 - x) = x^2 - x + 1 - 1 + x = x^2
Or, une expression au carré est nécessairement positive ou nulle, donc x2⩾0x^2 \geqslant 0.
Donc on a bien x2−x+1−∣ x−1 ∣⩾0x^2 - x + 1 - |\, x - 1 \,| \geqslant 0, ce qui est équivalent à ∣ x−1 ∣ ⩽x2−x+1|\, x - 1 \,| \, \leqslant x^2 - x + 1.
Dans tous les cas, on trouve que ∣ x−1 ∣ ⩽x2−x+1|\, x - 1 \,| \, \leqslant x^2 - x + 1.
Ainsi, on a bien démontrer que : ∀x∈R, ∣ x−1 ∣⩽x2−x+1\forall x \in \mathbb{R}, \, |\, x - 1 \,| \leqslant x^2 - x + 1 ■{\color{blue}{\blacksquare}}

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