Un nombre et son inverse

La somme d’un nombre positif et de son inverse est supérieure ou égale à 2.

Explications n°1 :

L’aire de chaque rectangle gris : x \times \dfrac{1}{x} = 1.

L’aire du grand carré : \left ( x + \dfrac{1}{x} \right ) ^2. Cette aire est supérieure à la somme des aires des 4 rectangles, donc \left ( x + \dfrac{1}{x} \right ) ^2 \ge 4.

Ce qui permet de conclure que x + \dfrac{1}{x} \ge 2.

Explications n°2 :

On suppose que x > 1. Si x < 1 alors \dfrac{1}{x} > 1. Il suffit dans ce cas d’inverser les rôles de x et de \dfrac{1}{x}.

On démontre que le triangle de droite avec les mesures indiquées est toujours rectangle.

En effet 2^2 + \left ( x - \dfrac{1}{x} \right ) ^2 = 4 + x^2 - 2 \times x \times \dfrac{1}{x} + \left ( \dfrac{1}{x} \right ) ^2 =  x^2 +2 + \left ( \dfrac{1}{x} \right ) ^2 = \left ( x + \dfrac{1}{x} \right ) ^2.

Le théorème de Pythagore est ainsi vérifié. Or le côté le plus long d’un triangle rectangle est son hypoténuse. Par conséquent x + \dfrac{1}{x} \ge 2.

Explications n°3 :

On suppose que x > 1. Si x < 1 alors \dfrac{1}{x} > 1. Il suffit dans ce cas d’inverser les rôles de x et de \dfrac{1}{x}.

Le quadrilatère gris est un carré de côté de longueur 1.

Les triangles BAC et CED sont semblables car (BC) \parallel (ED), (BA) \parallel (CD) et les points E, A et C sont alignés.

Par conséquent : \dfrac{BA}{BC} = \dfrac{DC}{DE}, soit BA = BC \times \dfrac{DC}{DE} = 1 \times \dfrac{1}{x} =  \dfrac{1}{x}.

L’aire de BAC : \dfrac{1 \times \dfrac{1}{x}}{2} = \dfrac{1}{2x}. L’aire de CED : \dfrac{1 \times x}{2} = \dfrac{x}{2}. La somme de ces deux aires  : \dfrac{1}{2x} + \dfrac{x}{2} = \dfrac{1}{2} \left ( x + \dfrac{1}{x} \right )

On observe que cette somme est supérieure à celle du carré. Autrement dit : \dfrac{1}{2} \left ( x + \dfrac{1}{x} \right ) \ge 1. Par conséquent x + \dfrac{1}{x}  \ge 2.