La présentation, la lisibilité, l'orthographe, la qualité de la rédaction, la clarté et la précision des raisonnements entreront pour une part importante dans l'appréciation des copies.
Les candidats sont invités à encadrer dans la mesure du possible les résultats de leurs calculs.
Ils 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.
Si au cours de l'épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d'énoncé, il la signalera sur sa copie et poursuivra sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu'il sera amené à prendre.
PROBLÈME 1
Partie I: Étude d'une fonction définie par une intégrale
Montrer que, pour tout , l'intégrale converge.
On note l'application définie, pour tout par : .
2. Montrer : . En déduire : .
3. Montrer : . En déduire : .
4. Montrer que l'intégrale converge et que :
En déduire : .
Partie II : Une autre expression intégrale de
A - Dérivabilité et expression de la dérivée de sous forme d'une intégrale
Soit tel que .
a. Montrer que l'intégrale converge.
b. Établir : .
c. En déduire : .
En déduire que est dérivable sur et que : .
Montrer, pour tout et tout :
En déduire : .
Montrer que est de classe sur et que : .
B - Intervention d'une fonction auxiliaire
On note l'application définie, pour tout par : .
10. Démontrer que est dérivable sur et que : .
11. Montrer que, pour tout , l'intégrale converge et que :
puis : .
12. Montrer : .
13. Quelle est la nature de la série ?
Partie III : Étude d'une densité
On note l'application définie, pour tout , par :
14. Montrer que est une densité.
15. Soit une variable aléatoire réelle admettant pour densité. Montrer que admet une espérance et calculer à l'aide de .
PROBLÈME 2
Dans tout le problème, est un entier tel que .
On note l'ensemble des matrices carrées réelles d'ordre et l'ensemble des matrices réelles à une colonne et lignes, nommées « matrices colonnes » dans la suite du problème.
Si , alors désigne la matrice transposée de .
Si , alors désigne la matrice transposée de .
Si et si , alors le coefficient de la ligne numéro et de la colonne numéro de est noté , la matrice est notée .
Si , alors la matrice colonne est notée .
Si , alors pour tout , on note la matrice colonne de constituée des coefficients de la colonne numéro de . Ainsi : .
Partie I: Un exemple
Soient et .
Vérifier que 0 est valeur propre de et déterminer une base du sous-espace propre associé.
a. Calculer .
b. Montrer que est diagonalisable dans .
c. Déterminer une matrice diagonale de et une matrice inversible de telles que .
Partie II : Trace d'une matrice carrée
Pour toute matrice carrée , on appelle trace de et on note la somme des coefficients diagonaux de , c'est à dire .
3. Montrer que l'application , est linéaire.
4. Montrer : .
5. Vérifier : .
Partie III : Une caractérisation des matrices de rang 1
Soient et deux matrices colonnes non nulles de .
a. Justifier : . Déterminer les coefficients de l'aide des coefficients de et de .
b. Exprimer à l'aide des coefficients de et de .
c. Quel est le rang de ?
Soit une matrice de rang 1 .
a. Montrer qu'il existe tel que, pour tout , il existe vérifiant :
b. En déduire qu'il existe deux matrices colonnes non nulles et de telles que .
8. Énoncer une caractérisation des matrices de de rang 1.
Partie IV : Une application en probabilités
On considère deux variables aléatoires et définies sur le même espace probabilisé ( ).
On suppose de plus : .
On note, pour tout , puis et .
9. On suppose, dans cette question, que les variables aléatoires et sont indépendantes.
Calculer . En déduire que la matrice est de rang 1 .
10. On suppose, dans cette question, que la matrice est de rang 1.
a. Montrer : .
b. En déduire que, pour tout , il existe tel que .
c. Montrer : .
d. En déduire que les variables aléatoires et sont indépendantes.
Partie V : Une caractérisation des matrices de rang 1 diagonalisables
Soit une matrice de rang 1 . On note et deux matrices colonnes non nulles de telles que et on note .
11. Montrer que 0 est valeur propre de et déterminer la dimension du sous-espace propre associé.
12. Montrer : , puis : .
13. Montrer que si , alors n'est pas diagonalisable dans .
14. On suppose . Calculer . Déduire des questions précédentes que est diagonalisable.
15. Énoncer une condition nécessaire et suffisante pour qu'une matrice de de rang 1 soit diagonalisable.
Partie VI : Construction d'un produit scalaire et d'un endomorphisme symétrique
Montrer que l'application : est un produit scalaire sur .
On munit dorénavant de ce produit scalaire.
On considère une matrice colonne telle que . On note .
17. Montrer que est une matrice symétrique de et que .
18. a. Montrer que l'application est un endomorphisme symétrique de .
b. Vérifier . Que peut-on dire des valeurs propres de ?
c. On note e l'application identité de . Montrer que les sous-espaces vectoriels et sont supplémentaires orthogonaux dans .