CCINP Mathématiques 2 MP 2011Sujet, corrigé et rapport du jury
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Présentation du sujet
AccessibleCommutant d'une matrice trigonalisable, puis inégalités sur les déterminants de matrices symétriques réelles avec réduction simultanée et décomposition de CholeskiAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
AccessibleL'exercice porte sur le commutant d'une matrice trigonalisable : après trigonalisation, on cherche le commutant de la matrice triangulaire obtenue puis, par isomorphisme, celui de la matrice de départ. Le problème étudie des inégalités de déterminants pour des matrices symétriques réelles, en s'appuyant sur un théorème de réduction simultanée puis sur le théorème de Choleski, et demande la mise en œuvre d'un algorithme sur calculatrice programmable.
- 1Exercice : commutant d'une matriceTrigonalisation d'une matrice, recherche du commutant de la matrice triangulaire puis de la matrice de départ.
- 2Problème, partie IPremiers résultats sur les matrices symétriques positives, notamment un critère de positivité.
- 3Problème, partie II : théorème de réduction simultanéeRéduction simultanée de deux matrices symétriques, dont une définie positive.
- 4Problème, partie III : théorème de CholeskiDécomposition de Choleski d'une matrice symétrique définie positive et mise en œuvre d'un algorithme sur calculatrice.
Accessible. Le rapport indique que le sujet ne comportait aucune difficulté sérieuse et proposait des questions accessibles jusqu'à la fin, avec des parties largement indépendantes permettant à un candidat bien préparé de le traiter dans son intégralité.
L'épreuve en chiffres
Moyenne 10,79 / 20 · écart-type 3,81 · où vous situez-vous ?Afficher ou masquer la section
L'épreuve en chiffres
- Moyenne
- 10,79/ 20
- Écart-type
- 3,81
Votre note sur 20 à ce sujet, en conditions de concours.
Source : rapport du jury. Notes publiées par le concours (après harmonisation le cas échéant). Courbe : estimation par une loi normale.
Ce qu'a observé le jury
5 erreurs relevéesConfusion entre polynôme annulateur et polynôme minimal · Matrice de passage non inversible · Confusion entre matrices semblables et matrices congruentesAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
5 erreurs relevéesLe jury juge le sujet bien équilibré et progressif, sans difficulté sérieuse, et estime qu'il a parfaitement rempli son rôle de classement des candidats. Il regrette que trop de candidats laissent échapper des points faciles sur des questions de cours ou proches du cours.
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Confusion entre polynôme annulateur et polynôme minimal
Les candidats confondent souvent le polynôme annulateur et le polynôme minimal, allant jusqu'à parler du polynôme annulateur comme s'il était unique.
« Confusions entre polynôme annulateur et polynôme minimal. On lit même souvent : soit P »
- 2Matrice de passage non inversible
Certaines matrices de passage proposées par les candidats ne sont pas inversibles, par exemple parce qu'elles comportent deux colonnes identiques.
- 3Confusion entre matrices semblables et matrices congruentes4
Une grosse confusion est relevée entre matrices semblables et matrices congruentes dans la question 4 du problème.
« GROSSE confusion entre matrices semblables et matrices congruentes. »
- 4Symétrie non vérifiée avant la positivité3
Pour démontrer qu'une matrice est symétrique positive, certains candidats oublient de vérifier d'abord qu'elle est symétrique.
- 5Argument de continuité oublié pour la densité7
Sur la question de densité, souvent présente dans les sujets CCP, l'argument de continuité est fréquemment oublié dans la partie b.
Ce qui a été bien réussi
- La question 6 du problème est la mieux réussie du problème.
- La question 2 du problème est en général bien traitée.
- Ceux qui ont traité la question 9, pourtant très peu abordée, ont en général obtenu le maximum de points.
Conseils du jury
- Réviser le cours et savoir refaire les démonstrations des théorèmes importants.
- Citer tous les théorèmes utilisés et rappeler leurs hypothèses au moment de les utiliser, même si elles figurent quelques lignes plus haut.
- Traiter les questions d'algorithmique, qui demandent du temps mais rapportent beaucoup de points.
- Mettre en évidence les résultats de chaque question en les soulignant ou en les encadrant.
Synthèse rédigée par WikiPrépa à partir du rapport officiel du jury (à télécharger en PDF). Les citations sont extraites du rapport.
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L'énoncé complet, avec les formules et les figures, sans ouvrir le PDF.Afficher ou masquer la section
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CONCOURS COMMUNS POLYTECHNIQUES
EPREUVE SPECIFIQUE - FILIERE MP
MATHEMATIQUES 2
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.
Exercice Commutant d'une matrice
- Démontrer que pour
A ∈ M_3(ℝ) ,C(A) est un espace vectoriel. - Démontrer, en détaillant, que la matrice
A = (1, 4, − 2; 0, 6, − 3; − 1, 4, 0) est semblable à la matriceT = (3, 0, 0; 0, 2, 1; 0, 0, 2) . Pour cela, on donnera une matrice de passage que l'on noteraP . - Déterminer le commutant
C(T) de la matriceT . Déterminer sa dimension. - Démontrer que l'application
M ↦ P^(− 1)MP est un automorphisme d'espaces vectoriels deM_3(ℝ) .
Que peut-on en déduire pour la dimension deC(A) ? - (a) Existe-t-il un polynôme annulateur de
A de degré inférieur ou égal à 2 ?
(b) Démontrer alors queC(A) = vect{I_3, A, A^2} .
(c) En déduire queC(A) est l'ensemble des polynômes enA .
Problème Inégalités sur les déterminants de matrices symétriques
-
S_n l'ensemble des matrices symétriques deM_n(ℝ) , -
S_n^+ l'ensemble des matrices symétriques positives deM_n(ℝ) , -
S_n^(+ +) l'ensemble des matrices symétriques définies positives deM_n(ℝ) .
- Question préliminaire
Démontrer qu'une matrice
Partie I
- Soit
S ∈ S_n^+ . Démontrer quen√(detS) ≤ 1/n traceS . - Application : soit
M ∈ M_n(ℝ) .
(a) Démontrer que^t MM ∈ S_n^+ .
(b) SiM = (m_(ij)) , en déduire l'inégalité(detM)^2 ≤ (1/n)^n(∑_(i = 1)^n∑_(j = 1)^n m_(ij)^2)^n .
Partie II : Théorème de réduction simultanée
- On se donne deux matrices
A ∈ S_n^(+ +) etB ∈ S_n . On noteB la base canonique deℝ^n et, dans cette base,A est la matrice d'un produit scalaireφ . On note l'espace euclidienE = (ℝ^n, φ) . SoitB^′ une base orthonormée deE etR la matrice de passage de la baseB vers la baseB^′ .
(a) Justifier queI_n = ^t RAR .
(b) On noteC = ^t RBR , justifier qu'il existe une matrice orthogonaleQ et une matrice diagonaleD telle que^t QCQ = D .
(c) Déterminer, en fonction des matricesR etQ , une matrice inversibleP telle que :
On pourra, par exemple, utiliser la forme quadratique canoniquement associée à la matrice
5. Démontrer l'inégalité «
(a)
(b)
6. Soient
(a) Exprimer
(b) En utilisant la fonction ln, démontrer que pour tout
(c) Démontrer que
7. Si
(b) Démontrer l'inégalité ci-dessus pour
Partie III : Théorème de Choleski
- Si
A est une matrice deS_n^(+ +) , il est possible, par le procédé d'orthonormalisation de Schmidt, de trouver une matrice triangulaire supérieure inversible à coefficients diagonaux positifsT , vérifiantA = ^t TT (décomposition de Choleski).
On ne demande pas de prouver ce résultat.
(a) On se propose de démontrer que cette matriceT est unique.
On pourra admettre que si
(b) Exemple : si
On ne demande pas de vérifier que
9. Un peu d'informatique
Entrer cet algorithme dans la calculatrice (on ne demande pas le programme sur la copie) puis, pour chacun des cas suivants, donner la matrice
- Inégalité d'Hadamard
(a) SoitS = (s_(ij)) ∈ S_n^(+ +) , démontrer quedetS ≤ ∏_(i = 1)^n s_(ii) .
(b) Application : démontrer que pour toute matrice inversibleM ∈ M_n(ℝ), M = (a_(ij)) ,|detM| ≤ (∏_(i = 1)^n(∑_(k = 1)^n a_(ki)^2))^(1/2) .
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte l'épreuve de mathématiques 2 CCINP MP 2011 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte l'épreuve de mathématiques 2 CCINP MP 2011 ?
L'épreuve couvre la réduction des endomorphismes et le commutant d'une matrice trigonalisable, puis les matrices symétriques réelles avec la réduction simultanée, le théorème de Choleski et un algorithme sur calculatrice programmable.
Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées sur l'épreuve de mathématiques 2 CCINP MP 2011 ?
Le jury relève des confusions entre polynôme annulateur et polynôme minimal, entre matrices semblables et matrices congruentes, ainsi que des oublis de vérification d'hypothèses de base comme la symétrie d'une matrice.
L'épreuve de mathématiques 2 CCINP MP 2011 est-elle difficile ?
Non, le rapport indique qu'elle ne comportait aucune difficulté sérieuse et restait accessible jusqu'à la fin, avec des parties largement indépendantes.
Quelle est la moyenne à l'épreuve de mathématiques 2 CCINP MP 2011 ?
La moyenne de l'épreuve est de 10,79 sur 20, avec un écart type de 3,81, d'après le rapport du jury.
Pas de description pour le moment
