Последний переход странен. Вы показали, что это все меньше бесконечности( с чего бы супремум таков), но это ничего не объясняет.
Спс. А какой должен быть супремум? Нам ведь нужно взять супремум по

, а он будет тогда, когда знаменатель минимален, а числитель максимален. (потому я подставил ноль в знаменатель вместо икса, а 1 в числитель вместо икса, чтобы с запасом) А как надо было?