CCINP Mathématiques 1 PSI 2013
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Intégrales à paramètresFonctions (limites, continuité, dérivabilité, intégration)Intégrales généraliséesSéries entières (et Fourier)Suites et séries de fonctions
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EPREUVE SPECIFIQUE - FILIERE PSI
MATHEMATIQUES 1
Durée : 4 heures
Abstract
N.B. : Le candidat attachera la plus grande importance à la clarté, à la précision et à la concision de la rédaction. Si un candidat est amené à repérer ce qui peut lui sembler être une erreur d'énoncé, il le signalera sur sa copie et devra poursuivre sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu'il a été amené à prendre.
Les calculatrices sont autorisées.
Notations :
On note :
-
l'ensemble des entiers naturels. -
l'ensemble des réels et l'intervalle .
Pour tout entier naturel
on note
la factorielle de
avec la convention
.
Objectifs :
L'objet de ce problème est d'expliciter la valeur d'une fonction (notée
) définie par une intégrale. Dans la partie I, on étudie une fonction
et l'on propose un procédé de calcul de la limite de
en
. La partie II est consacrée à l'étude de deux fonctions (notées
et
) qui seront utilisées dans la partie III.
Partie I
Etude d'une fonction et de sa limite
I. 1 Etude de la fonction
On note
la fonction définie sur
par:
I.1.1 Montrer que
est une fonction impaire dérivable sur
.
I.1.2 Montrer que est indéfiniment dérivable sur
. Pour tout entier
, on note
la dérivée
-ième de
. Montrer qu'il existe une fonction polynôme
, dont on précisera le degré, telle que pour tout
:
I.1.2 Montrer que
I.1.3 Que peut-on dire de la parité de
?
I.1.4 Démontrer que admet une limite finie en
(on ne demande pas de calculer cette limite). Dans toute la suite du problème, on note
cette limite.
I.1.4 Démontrer que
I. 2 Développement en série de
I.2.1 Montrer que pour tout
, on a
.
I.2.2 Expliciter .
I.2.2 Expliciter
I. 3 Calcul de
Pour tout entier
, on note :
I.3.1 Montrer que pour tout réel
, on a
.
I.3.2 Soit un entier naturel non nul. Montrer que :
I.3.2 Soit
I.3.3 Démontrer que pour tout entier
non nul, on a :
I.3.4 En déduire que pour tout
:
En admettant que
, calculer
.
Partie II
Etude de deux fonctions
II. 1 Etude de la fonction
II.1.1 Justifier l'existence, pour tout réel
, de l'intégrale :
On note
la forme différentielle définie sur
par :
II.1.2 La forme différentielle
est-elle exacte sur
?
II.1.3 Etant donnés deux réels strictement positifs et
, on note
le pavé de
défini par:
et
. On note
le bord de
orienté dans le sens trigonométrique. Quelle est la valeur de l'intégrale curviligne
?
II.1.4 En évaluant l'intégrale curviligne de le long des segments qui forment
, déterminer
en fonction de
et
.
II.1.3 Etant donnés deux réels strictement positifs
II.1.4 En évaluant l'intégrale curviligne de
II. 2 Etude de la fonction
II.2.1 Montrer que l'on définit une fonction
paire et continue sur
en posant :
II.2.2 Montrer que
est de classe
sur
.
II.2.3 Déterminer une constante telle que pour tout
on ait :
II.2.3 Déterminer une constante
II.2.4 Expliciter
pour
, puis pour
.
Partie III
Calcul d'une intégrale
III. 1 Etude de la fonction
III.1.1 Vérifier que l'on définit une fonction
, continue sur
, paire en posant :
III.1.2 Calculer
.
III. 2 Soit et
la fonction définie sur
par :
III. 2 Soit
Montrer que
est une suite de fonctions continues qui converge simplement sur
. Expliciter sa limite.
III. 3 Désormais, a désigne un réel. Soit et
fonction définie sur
par :
III. 3 Désormais, a désigne un réel. Soit
Montrer que
est une suite de fonctions continues qui converge simplement sur
. Expliciter sa limite.
III. 4 Soit avec
et
.
III.4.1 Justifier l'existence de et l'expliciter sous forme d'une intégrale.
III.4.2 Montrer que .
III. 5 Justifier l'intégrabilité sur de la fonction
.
III. 6 Calculer .
III. 4 Soit
III.4.1 Justifier l'existence de
III.4.2 Montrer que
III. 5 Justifier l'intégrabilité sur
III. 6 Calculer
Fin de l'énoncé
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