Fonctions (limites, continuité, dérivabilité, intégration)Séries entières (et Fourier)Intégrales à paramètresCalcul différentiel et fonctions à plusieurs variablesAlgèbre linéaireRéduction
Les candidats ne doivent faire usage d'aucun document; l'utilisation de toute calculatrice et de tout matériel électronique est interdite.
Seule l'utilisation d'une règle graduée est autorisée.
Premier problème
On considère l'application
Partie I
Étude de l'application
Montrer que est continue sur .
On considère l'application
a. Montrer que est de classe sur et que, pour tout .
b. Montrer que admet comme limite en 0 à droite.
c. Démontrer que est de classe sur et préciser .
d. Dresser le tableau de variation de .
En déduire que est strictement décroissante sur .
e. Déterminer la limite de en .
3. On considère l'application
a. Montrer que est deux fois dérivable sur , et que, pour tout .
b. Dresser le tableau de variation de .
En déduire que est convexe sur .
4. Tracer l'allure de la courbe représentative de .
Partie II Un développement en série
Montrer, pour tout et tout :
En déduire, pour tout et tout :
où on a noté .
3. Établir, pour tout et tout .
4. En déduire que, pour tout , la série converge et que :
Partie III
Égalité d'une intégrale et d'une somme de série
Montrer, en utilisant le résultat de II.3., pour tout et tout :
Montrer que la série converge et que : .
Montrer, pour tout :
On admet que . Montrer : .
Partie IV
Recherche d'extremum pour une fonction réelle de deux variables réelles
On note
Montrer que est de classe sur .
Exprimer, pour tout , les dérivées partielles premières et secondes de en en fonction de .
2. Établir que admet comme unique point critique.
3. Est-ce que admet un extremum local ?
DEUXIÈME PROBLÈME
On note un nombre entier fixé supérieur ou égal le sous-espace vectoriel de constitué des polynômes de degré inférieur ou égal à et la base canonique de .
Partie I
Étude d'un endomorphisme de
Montrer que, pour tout polynôme de , le polynôme est élément de , où désigne le polynôme dérivée seconde de .
On note l'application qui, à tout polynôme de , associe .
Vérifier : .
Montrer que est un endomorphisme de .
Calculer pour tout et écrire la matrice de dans la base .
a. Montrer que admet valeurs propres deux à deux distinctes que l'on notera avec .
b. Est-ce que est bijectif ?
c. Montrer que est diagonalisable et déterminer, pour tout , la dimension du sousespace propre de associé à .
Soient et un vecteur propre de associé à la valeur propre .
a. Montrer que le degré du polynôme est égal à .
b. Montrer que le polynôme défini par est un vecteur propre de associé à .
En déduire qu'il existe une unique base de constituée de vecteurs propres de telle que, pour tout est un polynôme de degré , de coefficient dominant égal à 1 et vérifiant .
Que peut-on en déduire sur la parité de ?
Calculer .
Partie II
Un produit scalaire sur
Montrer que l'application : est un produit scalaire sur .
On munit dorénavant de ce produit scalaire noté (.|.).
2. a. À l'aide d'intégrations par parties, établir que est un endomorphisme symétrique de .
b. Montrer que la base de obtenue à la question est orthogonale.
Soit .
3. a. Montrer que pour tout polynôme de degré inférieur ou égal à , on a : .
b. En considérant , montrer que ne garde pas un signe constant sur l'intervalle .
c. En déduire que admet au moins, dans l'intervalle ] , une racine d'ordre de multiplicité impair.
4. On note l'ensemble des racines d'ordre de multiplicité impair de appartenant à l'intervalle ] et .
a. Justifier : .
b. Montrer que le polynôme (produit des polynômes et ) garde un signe constant sur l'intervalle ] - .
c. En considérant , montrer que .
d. En déduire que admet racines simples réelles toutes situées dans l'intervalle .