Intégrales généraliséesPolynômes et fractionsAlgèbre linéaireProbabilités continuesSuites et séries de fonctionsCalcul différentiel et fonctions à plusieurs variables
Concepteur : EM LYONPremière épreuve (option scientifique)MATHÉMATIQUESMardi 29 avril 2008 de 8 heures à 12 heures
Code sujet
295
EML MATS
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
PROBLÈME
On confond polynôme et application polynomiale de dans .
On note l'ensemble des applications continues sur et telles que l'intégrale converge.
On note le -espace vectoriel des applications polynomiales de dans .
On note, pour tout le -espace vectoriel des applications polynomiales de dans de degré inférieur ou égal à .
Préliminaire : Valeur de l'intégrale de Gauss
En considérant une variable aléatoire suivant une loi normale, justifier :
Partie I : Un produit scalaire sur
Établir, pour tout .
En déduire que, pour tout , l'intégrale converge.
On note (.|.) l'application de dans qui, à tout , associe . On notera la présence du facteur .
3. a. Démontrer que est un -espace vectoriel.
b. Montrer que l'application (.|.) est un produit scalaire sur .
4. Démontrer : .
On note encore (.|.) la restriction à ou à , pour , du produit scalaire (.|.) sur . On admet que cette restriction est encore un produit scalaire sur ou sur .
On note . associée au produit scalaire (.|.), définie, pour tout , par :
Partie II : Polynômes d'Hermite
On note l'application de dans , de classe , définie pour tout par . Pour tout , on note l'application de dans définie pour tout par
En particulier : .
Calculer, pour tout .
Faire figurer les calculs sur la copie.
2. a. Montrer, pour tout et tout :
b. En déduire que, pour tout est un polynôme de degré .
c. Contrôler alors les résultats obtenus en II. 1 et calculer .
Faire figurer les calculs sur la copie.
3. Déterminer, pour tout , le coefficient du terme de plus haut degré de .
4. Montrer, pour tout et tout : . Qu'en déduit-on, en terme de parité, pour l'application ?
Partie III : Lien entre le produit scalaire et les polynômes d'Hermite
a. Montrer, pour tout et tout :
où (. .) est le produit scalaire sur défini en I.4.
À cet effet, on pourra commencer par effectuer une intégration par parties sur un intervalle fermé borné.
b. En déduire, pour tout et tout .
c. En déduire que, pour tout , la famille est orthogonale dans .
2. Établir que, pour tout , la famille est une base de .
3. Soit .
a. Montrer : , où .
b. En déduire la valeur de .
Partie IV : Un endomorphisme symétrique
On note les applications définies de dans , pour tout , par :
Ainsi, par exemple, pour tout et tout .
Montrer que est un endomorphisme de .
On admet que et sont aussi des endomorphismes de , et on note l'application identique de .
2. a. Établir : et .
b. En déduire : .
3. Montrer que, pour tout et tout , si , alors .
4. a. Calculer .
b. Calculer, pour tout , et en déduire, pour tout .
5. Établir, pour tout :
À cet effet, on pourra commencer par effectuer une intégration par parties sur un intervalle fermé borné.
6. Soit .
a. Montrer : .
On note l'endomorphisme de défini par:
b. Montrer que est un endomorphisme symétrique de .
c. Donner une base orthonormale de constituée de vecteurs propres de .
Partie V : Intervention d'exponentielles
On note, pour tout l'application de dans définie, pour tout , par : .
Vérifier, pour tout .
Montrer, pour tout .
Déterminer la nature de la série .
Montrer que la série converge et calculer sa somme.
Partie VI: Une limite de probabilité conditionnelle
Soit la fonction définie sur par :
Montrer que est de classe sur et déterminer sa dérivée .
Soient et les fonctions définies sur par :
a. Déterminer les limites des fonctions et en .
b. Déterminer les sens de variation des fonctions et .
c. En déduire : .
d. Montrer :
Soit une variable aléatoire normale d'espérance égale à 0 et d'écart-type égal à .
a. Pour tout réel strictement positif, exprimer la probabilité à l'aide de la fonction .
b. Soit un réel strictement positif.
Pour tout réel , on considère la probabilité conditionnelle .
Montrer :
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