Banque PT Mathématiques C PT 2024Sujet, corrigé et rapport du jury
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Difficulté moyenneFonctions trigonométriques, intégrales à paramètres et sommes de séries classiques (constante de Catalan, intégrale de Gauss)Afficher ou masquer la section
Présentation du sujet
Difficulté moyenneLe sujet part de l'étude de fonctions construites à partir de tangente et de logarithme pour aboutir à deux résultats classiques : la valeur de l'intégrale de Gauss et la somme des inverses des carrés. Un préambule technique sur les fonctions trigonométriques prépare les parties I à IV, qui enchaînent intégrales impropres, séries entières, équation différentielle linéaire et intégrales à paramètre.
- 1PréambuleÉtude de fonctions construites autour de tan(x/2), ln(tan(x/2)) et 1/cos²x : domaines de définition, dérivabilité, variations, tracés.
- 2Partie IConvergence d'intégrales impropres, développement en série entière de arctangente, échange somme-intégrale, approximation de la constante de Catalan.
- 3Partie IIRésolution de l'équation différentielle linéaire du second ordre y'' + y = cos x / sin x, par recherche d'une solution particulière puis changement de fonction inconnue.
- 4Partie IIIÉtude de deux fonctions définies par des intégrales à paramètre, pour retrouver la valeur de l'intégrale de Gauss.
- 5Partie IVDéveloppements en série entière, produit infini de polynômes, pour retrouver la somme des inverses des carrés des entiers.
Difficulté moyenne. Le rapport indique que l'épreuve a été globalement bien réussie, avec des copies obtenant la note maximale, mais aussi de très faibles copies et des questions avancées (parties III et IV) que peu de candidats ont correctement traitées.
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesDomaines de définition mal écrits · Convergence d'intégrale confondue avec un simple encadrement · Théorème d'intégration terme à terme mal citéAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesLe jury juge l'épreuve globalement bien réussie, certaines copies traitant l'intégralité du sujet et obtenant vingt sur vingt. Il regrette cependant une écriture parfois peu lisible, une orthographe mathématique fautive et des abréviations ou un vocabulaire familier inadaptés à une copie de concours.
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Domaines de définition mal écritsPréambule Q3.a
Beaucoup de candidats ne savent pas rédiger correctement une réunion d'intervalles et ajoutent des réels à des intervalles sans notation cohérente.
« Un nombre important de candidats ne sait pas écrire correcteme nt une réunion d’intervalles, »
- 2Convergence d'intégrale confondue avec un simple encadrementPartie I Q2
Pour l'étude de convergence de l'intégrale de ln(tan(x/2)), une majoration de la fonction à intégrer ne prouve rien lorsque la fonction est à valeurs négatives.
« une majoration de la fonction à intégrer ne prouve rien dans le cas des fonctions à valeurs »
- 3Théorème d'intégration terme à terme mal citéPartie I Q4
Les candidats invoquent le théorème d'échange somme-intégrale sans préciser ses hypothèses, notamment la convergence de la série des intégrales des valeurs absolues.
« candidats disent qu’ils appliquent le théorème d’inversion limite et intégrale, sans plus de »
- 4Hypothèse de domination omise ou incomplètePartie III Q4
Pour la dérivabilité de la fonction G définie par une intégrale à paramètre, l'hypothèse de domination indépendante de x fait souvent défaut ou est mal énoncée.
« fait souvent défaut. Les énoncés sont parfois incomplets, les candidats »
- 5Confusion entre rayon et intervalle de convergencePartie I Q3
De nombreuses copies confondent rayon de convergence et domaine de convergence d'une série entière.
« nous notons de nombreuses confusions entre rayon de convergence et domaine de »
- 6Structure de l'ensemble des solutions non justifiéePartie II Q3
Les candidats vérifient que les fonctions proposées sont solutions mais ne justifient pas que ce sont toutes les solutions ; la rigueur logique fait globalement défaut dans les copies.
« la rigueur logique fait d’ailleurs globalemen t défaut dans l’ensemble des copies). »
Ce qui a été bien réussi
- Au moins 90 % des candidats ont su redonner les deux expressions de la dérivée de la fonction tangente.
- La majorité des candidats a correctement résolu l'équation homogène associée à l'équation différentielle de la partie II.
- Une grande majorité de candidats a donné le développement en série entière attendu de la fonction du préambule de la partie IV.
Conseils du jury
- Encadrer les résultats et tracer les traits à la règle.
- Éviter les abréviations et le vocabulaire familier sur une copie de concours.
- Analyser l'enchaînement des questions du sujet pour y trouver des indications de stratégie plutôt que de traiter chaque question isolément.
- Citer précisément les théorèmes utilisés, avec toutes leurs hypothèses, en particulier pour les théorèmes d'intégration terme à terme et de dérivation sous le signe intégral.
Synthèse rédigée par WikiPrépa à partir du rapport officiel du jury (à télécharger en PDF). Les citations sont extraites du rapport.
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L'énoncé complet, avec les formules et les figures, sans ouvrir le PDF.Afficher ou masquer la section
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Epreuve de Mathématiques C
L'usage de calculatrices est interdit.
À rendre avec la copie 1 feuille de papier millimétré.
AVERTISSEMENT
CONSIGNES:
- Composer lisiblement sur les copies avec un stylo à bille à encre foncée : bleue ou noire.
- L'usage de stylo à friction, stylo plume, stylo feutre, liquide de correction et dérouleur de ruban correcteur est interdit.
- Remplir sur chaque copie en MAJUSCULES toutes vos informations d'identification : nom, prénom, numéro inscription, date de naissance, le libellé du concours, le libellé de l'épreuve et la session.
- Une feuille, dont l'entête n'a pas été intégralement renseigné, ne sera pas prise en compte.
- Il est interdit aux candidats de signer leur composition ou d'y mettre un signe quelconque pouvant indiquer sa provenance.
Préambule
- Rappeler, pour tout réel
x de] − π/2, π/2 [, les deux expressions (l'une faisant intervenir la fonction cosinus, l'autre la fonction tangente) de la dérivée de la fonction
- (a) Montrer que la fonction
g qui, à tout réelx de]0, π[∖{π/2} , associeg(x) = 1/(tanx) , se prolonge en une fonctiong~ continue sur]0, π[ . Montrer queg~ est dérivable sur]0, π[ .
(b) En déduire une primitive sur]0, π[ de la fonction
- On considère les fonctions
(b) Montrer que les fonctions
(c) Donner les domaines de dérivabilité respectifs des fonctions
(d) Donner, en tout réel
(e) Montrer que, en tout réel
(f) Etudier les variations des fonctions
(g) Tracer, sur un même graphe (échelle : 1 cm pour une unité), la courbe représentative de
4. On considère la fonction
(b) Etudier les variations de la fonction
Partie I
- (a) Donner une primitive sur
ℝ_+^⋆ de la fonction logarithme népérien ln.
(b) Soitε > 0 . Exprimer, en fonction deε :
- Etudier la convergence de
- Rappeler le développement en série entière de la fonction arctangente (Arctan). On précisera le rayon de convergence.
- Montrer que :
Exprimer alors
5. On pose :
(c) Pour tout entier naturel non nul
Partie II
- On introduit la fonction
f_4 qui, à tout réelx de]0, π[ , associe :
- Résoudre l'équation homogène associée à
(E) . - Montrer que les solutions
y de(E) sur]0, π[ sont de la forme :
4. Dans cette question, on souhaite retrouver de façon différente le résultat obtenu précédemment. Pour cela, on cherche les solutions
(a) Montrer que si
(b) Déterminer les solutions de l'équation homogène associée à (
(c) A l'aide du Préambule, exprimer, pour tout réel
(d) Montrer que l'on retrouve bien l'expression des solutions de
Partie III
- Expliciter, en le justifiant avec soin,
D_G . - Etudier la continuité de la fonction
G . - Déterminer :
- Etudier la dérivabilité de la fonction
G (pour cela, on se placera sur un intervalle de la forme[ − a, a] , oùa est un réel strictement positif), puis expliciterG^′ (à l'aide d'une intégrale). - (a) Expliciter
D_H .
(b) Montrer que la fonctionH est de classeC^1 surD_H . On explicitera la dérivée deH . - A l'aide du changement de variable
u = xtanθ , montrer que, en tout réelx de son domaine de dérivabilité,
7. Montrer que la fonction
8. En déduire la valeur de l'intégrale de Gauss
Partie IV
- Rappeler le développement en série entière de la fonction sinus (on précisera le rayon de convergence, ainsi que le domaine de convergence).
- On considère la fonction
φ , telle que :
3. Dans cette question,
4. On admet, pour tout réel non nul
5. En déduire la valeur de
- On pose :
7. On donne :
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte l'épreuve de mathématiques C banque PT 2024 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte l'épreuve de mathématiques C banque PT 2024 ?
Le sujet mêle étude de fonctions trigonométriques, intégrales impropres, séries entières, une équation différentielle linéaire du second ordre et des intégrales à paramètre.
Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées sur ce sujet de maths C PT ?
Des domaines de définition mal rédigés, des théorèmes d'analyse cités sans leurs hypothèses (intégration terme à terme, dérivation sous le signe intégral) et une rigueur logique insuffisante dans la justification des solutions d'équations.
L'épreuve de mathématiques C PT 2024 (banque PT) est-elle difficile ?
Le jury la juge globalement bien réussie, avec des copies parfaites, mais les parties III et IV, plus techniques, n'ont été correctement traitées que par peu de candidats.
Faut-il bien connaître les intégrales à paramètre pour ce sujet de banque PT ?
Oui, la partie III repose entièrement sur la continuité et la dérivabilité de fonctions définies par des intégrales à paramètre, avec l'hypothèse de domination à maîtriser précisément.
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