Deine Annahme ist korrekt: Es ist energetisch sinnvoller das kleine Zahnrad von einem Großen antreiben zu lassen - und nicht umgekehrt.

Warum ist beim Motorrad also die energetisch schlechtere Variante (kleines Ritzel treibt großes Kettenrad) üblich?

Wie du sicher weißt, ist Sekundärübersetzung beim Motorrad/Fahrrad nicht Zahn-an-Zahn. Man hat eine Antriebskette dazwischen, um die Distanz zwischen den Zahnrädern zu überbrücken. Der Verschleiß dieser Kette hängt u.A. von ihrer Geschwindigkeit ab. Es gilt: Je kleiner das Kettenblatt am Hinterrad, desto höher die Geschwindigkeit der Kette - bei gleicher Fahrzeuggeschwindigkeit. Um den Verschleiß der Antriebskette zu reduzieren, will man also die Antriebskettengeschwindigkeit gering halten. Das schafft man demnach mit großen Zahnrad am Hinterrad.

Beim Fahrrad ist die Belastung der Antriebskette und die Drezahl des Hinterrads nur gering, deswegen nimmt man die höhere Geschwindigkeit der Kette zu Gunsten einer besseren Energieeffizienz in Kauf.