BCE Maths approfondies emlyon ECS 2015Sujet et corrigé
Epreuve de maths approfondies - ECS 2015
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Présentation du sujet
Endomorphismes de polynômes s'annulant en 0 et 4 avec produit scalaire associé (problème 1) et transformée de Laplace (problème 2)Afficher ou masquer la section
Présentation du sujet
Le sujet comporte deux problèmes indépendants. Le problème 1 étudie l'espace E des polynômes de degré au plus 4 s'annulant en 0 et 4, un endomorphisme f construit à partir de l'opérateur de différence finie, puis un produit scalaire sur R4[X] et la projection orthogonale sur E. Le problème 2 construit la transformée de Laplace L(u) d'une fonction u à croissance polynomiale, étudie ses propriétés (limites, dérivée d'une transformée, transformée d'une dérivée) puis l'applique à la résolution d'une équation différentielle linéaire du second ordre.
- 1Problème 1, partie I : étude d'endomorphismesConstruction de l'isomorphisme φ entre R2[X] et E, de l'endomorphisme de différence finie Δ sur R2[X], puis de l'endomorphisme f = φ∘Δ∘φ⁻¹ sur E, dont on étudie la nilpotence, le noyau, l'image et la diagonalisabilité.
- 2Problème 1, partie II : étude d'un produit scalaireDéfinition d'un produit scalaire sur R4[X] par évaluation en 0,1,2,3,4, construction d'une base orthonormée de E à partir des polynômes de Lagrange, et calcul de la projection orthogonale sur E.
- 3Problème 2, parties I à III : transformée de LaplaceDéfinition de la transformée de Laplace L(u) pour u à croissance polynomiale, calcul sur des exemples (exponentielles, monômes), étude des limites en 0 et en l'infini, de la transformée d'une dérivée et de la dérivabilité de L(u).
- 4Problème 2, partie IV : application à une équation fonctionnelleRésolution d'une équation différentielle linéaire du second ordre à coefficients constants avec second membre exponentiel, par passage à la transformée de Laplace.
Description
Annale de maths approfondies BCE emlyon pour la filiere ECS, session 2015.
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1^(ère) épreuve (option scientifique)
MATHÉMATIQUES
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
On note, pour tout
Partie I: Étude d'endomorphismes
- Montrer que
E est un sous-espace vectoriel de l'espace vectorielℝ_4[X] .
2. Montrer que l'application
3. En déduire une base de
- a. Montrer que l'application
Δ est un endomorphisme deℝ_2[X] .
b. Déterminer, pour tout polynômeQ deℝ_2[X] , le degré deΔ(Q) en fonction du degré deQ .
c. Déterminer le noyau et l'image de △ .
d. Établir :Δ ∘ Δ ∘ Δ = 0 .
5. a. Montrer :
b. Déterminer une base du noyau de
c. Démontrer que
d. Est-ce que
PARTIE II : Étude d'un produit scalaire
- Montrer que
⟨ ⋅, ⋅ ⟩ est un produit scalaire surℝ_4[X] .
On considère les trois polynômes suivants :
- Montrer que la famille (
L_1, L_2, L_3 ) est une base deℝ_2[X] . - a. Exprimer, pour tout polynôme
P deℝ_2[X] , les coordonnées deP dans la base (L_1, L_2, L_3 ) en fonction deP(1), P(2), P(3) .
b. ExprimerΔ(L_1), Δ(L_2), Δ(L_3) sur la base(L_1, L_2, L_3) deℝ_2[X] et en déduire que la matrice de l'endomorphismeΔ dans la base(L_1, L_2, L_3) deℝ_2[X] est(− 1, − 1/2, 0; 0, − 1, − 2; 1, 3/2, 2) .
On note, pour touti de{1, 2, 3}, M_i = WL_i . - a. Montrer que, pour tout
i de{1, 2, 3}, M_i(i) est non nul.
b. Montrer que (
10. Déterminer la matrice de l'application linéaire
11. Déterminer la matrice de l'endomorphisme
12. On note, pour tout polynôme
a. Montrer que
b. Montrer :
c. En déduire que
d. Déterminer le projeté orthogonal de
PROBLÈME 2
Partie I: Définition de la transformée de Laplace
- Montrer que
E est un sous-espace vectoriel duℝ -espace vectoriel des fonctions définies surℝ^+ et à valeurs dansℝ . - Soit
u un élément deE .
En déduire que, pour tout
Dans toute la suite du problème, pour tout élément
- Montrer, pour tout
α ∈ ℝ et pour tout(u, v) ∈ E^2 : L(αu + v) = αL(u) + L(v) .
Partie II : Quelques exemples
- Soit
a ∈ ℝ^(+ ∗) fixé. On considère, pour touti de{0, 1, 2} , la fonctionv_i : ℝ^+ ⟶ ℝ définie par :
5. Soit
Partie III : Propriétés des transformées de Laplace
- Limite de
L(u) en+ ∞
7. Limite de
On note, pour tout
a. Déterminer la limite en
b. Montrer que
c. En déduire :
d. Soit
e. Conclure :
8. Transformée de Laplace d'une dérivée
a. Montrer qu'il existe
b. En déduire que
c. Établir :
9. Dérivée puis dérivée
n -ième d'une transformée de Laplace
b. Montrer :
c. Soient
En déduire :
d. Montrer que
e. Montrer que
Partie IV: Application à la résolution d'une équation fonctionnelle
- On suppose qu'il existe une fonction
u : ℝ^+ ⟶ ℝ de classeC^2 surℝ^+ , solution du problème et telle queu^(′′) ∈ E .
a. Montrer queu appartient àE et :∀x ∈ ]0; + ∞[, L(u^(′′))(x) = − xu(0) − u^′(0) + x^2 L(u)(x) .
b. En déduire:∀x ∈ ]0; + ∞[, (x^2 + 5x + 6)L(u)(x) = 1/(x + 1) + 3 + x , puis :∀x ∈ ]0; + ∞[, L(u)(x) = 1/21/(x + 1) + 1/21/(x + 3) . - En déduire une fonction
u : ℝ^+ ⟶ ℝ solution du problème posé.
- FIN -
Questions fréquentes
3 questionsSur quels chapitres porte l'épreuve de mathématiques approfondies EMLyon ECS 2015 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
3 questionsSur quels chapitres porte l'épreuve de mathématiques approfondies EMLyon ECS 2015 ?
Le problème 1 porte sur l'algèbre linéaire (endomorphismes, produit scalaire, projection orthogonale) appliquée à des espaces de polynômes. Le problème 2 porte sur les intégrales impropres et la transformée de Laplace, avec une application aux équations différentielles.
Les deux problèmes sont-ils indépendants ?
Oui, le problème 1 sur les endomorphismes de polynômes et le problème 2 sur la transformée de Laplace sont indépendants.
Quels résultats de cours faut-il connaître pour le problème 2 ?
Il faut maîtriser les intégrales impropres à paramètre, la convergence dominée par comparaison, ainsi que la résolution des équations différentielles linéaires du second ordre à coefficients constants.
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