Encadrements et fonctions de référence

Soit $x$ un nombre réel tel que $2 \leqslant x \leqslant 5$.

  1. Déterminer un encadrement de $\dfrac{1}{x}$.
  2. En déduire un encadrement de $\dfrac{3}{x} + 1$.
  3. Déterminer un encadrement de $\sqrt{x}$.
  4. Comparer $\sqrt{2}$ et $\dfrac{3}{2} + 1$, puis $\sqrt{5}$ et $\dfrac{3}{5} + 1$.
  5. Peut-on affirmer que $\sqrt{x} \leqslant \dfrac{3}{x} + 1$ pour tout $x \in \left[2 ; 5\right]$ ? Justifier.

Corrigé

  1. On a $0 < 2 \leqslant x \leqslant 5$. La fonction inverse est strictement décroissante sur $\left]0 ; +\infty\right[$, donc on inverse les inégalités :
    $\mathbf{\dfrac{1}{5} \leqslant \dfrac{1}{x} \leqslant \dfrac{1}{2}}$
  2. On multiplie l'encadrement par $3$ (positif, l'ordre est conservé) :
    $\dfrac{3}{5} \leqslant \dfrac{3}{x} \leqslant \dfrac{3}{2}$
    On ajoute $1$ à chaque membre :
    $\dfrac{3}{5} + 1 \leqslant \dfrac{3}{x} + 1 \leqslant \dfrac{3}{2} + 1$
    Soit $\mathbf{\dfrac{8}{5} \leqslant \dfrac{3}{x} + 1 \leqslant \dfrac{5}{2}}$, c'est-à-dire $1{,}6 \leqslant \dfrac{3}{x} + 1 \leqslant 2{,}5$.
  3. La fonction racine carrée est strictement croissante sur $\left[0 ; +\infty\right[$, donc l'ordre est conservé :
    $\mathbf{\sqrt{2} \leqslant \sqrt{x} \leqslant \sqrt{5}}$
    En valeurs approchées : $1{,}41 \leqslant \sqrt{x} \leqslant 2{,}24$.
  4. Pour $x = 2$ : $\sqrt{2} \approx 1{,}41$ et $\dfrac{3}{2} + 1 = 2{,}5$.
    Donc $\mathbf{\sqrt{2} < \dfrac{3}{2} + 1}$.
    Pour $x = 5$ : $\sqrt{5} \approx 2{,}24$ et $\dfrac{3}{5} + 1 = 1{,}6$.
    Donc $\mathbf{\sqrt{5} > \dfrac{3}{5} + 1}$.
  5. Non, on ne peut pas l'affirmer. D'après la question précédente, pour $x = 2$ on a $\sqrt{x} < \dfrac{3}{x} + 1$, mais pour $x = 5$ on a $\sqrt{x} > \dfrac{3}{x} + 1$. L'inégalité change de sens sur l'intervalle $\left[2 ; 5\right]$, donc il est impossible de comparer $\sqrt{x}$ et $\dfrac{3}{x} + 1$ pour tout $x$ de cet intervalle.

→ Pour réviser : Résoudre graphiquement une équation ou inéquation avec une fonction de référence

Comparaisons avec la fonction racine carrée

Comparer les nombres suivants sans calculatrice, en justifiant.

  1. $\sqrt{7}$ et $3$
  2. $2\sqrt{3}$ et $\sqrt{13}$
  3. $\sqrt{5} + 1$ et $3$
  4. $\dfrac{1}{\sqrt{2}}$ et $\dfrac{1}{\sqrt{5}}$

Corrigé

  1. On écrit $3 = \sqrt{9}$.
    Comme $7 < 9$ et que la fonction racine carrée est strictement croissante sur $\left[0 ; +\infty\right[$ :
    $\sqrt{7} < \sqrt{9} = 3$
    Donc $\mathbf{\sqrt{7} < 3}$.
  2. On compare les carrés des deux nombres (qui sont tous deux positifs) :
    $(2\sqrt{3})^2 = 4 \times 3 = 12$ et $(\sqrt{13})^2 = 13$
    Comme $12 < 13$ et que les deux nombres sont positifs :
    $\mathbf{2\sqrt{3} < \sqrt{13}}$
  3. Il suffit de comparer $\sqrt{5}$ et $2$.
    On écrit $2 = \sqrt{4}$. Comme $5 > 4$ et que la fonction racine carrée est croissante :
    $\sqrt{5} > \sqrt{4} = 2$
    On en déduit $\sqrt{5} + 1 > 2 + 1 = 3$, donc $\mathbf{\sqrt{5} + 1 > 3}$.
  4. On a $0 < \sqrt{2} < \sqrt{5}$ (car $2 < 5$ et la racine carrée est croissante).
    La fonction inverse est strictement décroissante sur $\left]0 ; +\infty\right[$, donc :
    $\mathbf{\dfrac{1}{\sqrt{2}} > \dfrac{1}{\sqrt{5}}}$

→ Pour réviser : Comparer deux nombres avec la fonction racine carrée