Centrale Mathématiques 1 MP 2002Sujet, corrigé et rapport du jury
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Présentation du sujet
Difficulté moyennePolynômes de Tchebychev et caractérisation des fonctions indéfiniment dérivables et analytiques sur [-1,1]Afficher ou masquer la section
Présentation du sujet
Difficulté moyenneLe problème, inspiré des idées de S. Bernstein, utilise les polynômes de Tchebychev pour montrer que les fonctions indéfiniment dérivables sur [-1,1] sont exactement celles dont la meilleure approximation par des polynômes décroît rapidement, puis relie les fonctions approchées à décroissance exponentielle aux fonctions analytiques. Il s'appuie notamment sur les séries de Fourier.
- 1Partie I : polynômes de Tchebychevpremière annéeÉtablir les premières propriétés des polynômes de Tchebychev, calculer des normes et l'équation différentielle qu'ils vérifient.
- 2Partie II : application des polynômes de Tchebychev à la majoration des polynômes et de leurs dérivéesUtiliser l'interpolation de Lagrange et les polynômes de Tchebychev pour majorer un polynôme et ses dérivées successives.
- 3Partie III : détermination de l'ensemble F∞Étudier les coefficients de Fourier d'une fonction et son développement en série de Tchebychev pour caractériser les fonctions de classe C∞.
- 4Partie IV : étude de l'ensemble EexpCaractériser les fonctions dont le développement en série de Tchebychev décroît exponentiellement et les relier aux fonctions développables en série entière.
Difficulté moyenne. Le rapport indique que le problème, malgré sa longueur, a été facile à corriger, et que les deux premières parties ne mobilisaient que des notions de première année, mais que très peu de candidats ont traité sérieusement la partie IV.
Ce qu'a observé le jury
4 erreurs relevéesRécurrence utilisant un résultat non encore établi · Convergence normale des séries de fonctions mal connue · Fonction C∞ supposée développable en série entièreAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
4 erreurs relevéesLes questions ont été abordées dans l'ordre du sujet et les deux premières parties, accessibles, ont été largement traitées, mais le jury déplore un manque récurrent de rigueur et des lacunes sur des techniques de base pourtant rappelées d'année en année.
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Récurrence utilisant un résultat non encore établiI.A.1
Beaucoup de candidats établissent la question I.A.1 à l'aide de la formule à trois termes de la question I.A.3, ce qui les conduit à une récurrence dont l'initialisation faisait partie de la question I.A.2.
- 2Convergence normale des séries de fonctions mal connue
La notion de convergence normale d'une série de fonctions n'est pas connue de la quasi-totalité des candidats, qui appliquent le théorème de dérivation terme à terme dès que la série converge uniformément.
- 3Fonction C∞ supposée développable en série entière
Pour un très grand nombre de candidats, une fonction indéfiniment dérivable est considérée comme ipso facto développable en série entière.
- 4Confusion entre le polynôme et la fonction polynomiale associéeI.C
De nombreux candidats s'étonnent que l'on calcule une expression avec le polynôme alors que le texte précise que la fonction polynomiale associée porte la même notation.
Ce qui a été bien réussi
- Le thème des polynômes de Tchebychev, déjà rencontré en exercice pendant la préparation, n'a pas laissé les candidats en terrain inconnu.
- Les deux premières parties, n'utilisant que des notions de première année, ont été largement abordées.
Conseils du jury
- Maîtriser précisément les quantificateurs, en particulier dans les questions de préliminaire.
- Revoir les techniques de base : manipulation des inégalités, modules des nombres complexes, dérivation des fonctions composées, équivalents et développements limités.
- Ne pas conclure qu'une fonction C∞ est développable en série entière sans démonstration.
- Rédiger un raisonnement par récurrence complet plutôt que d'invoquer « de proche en proche ».
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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Mathématiques I
Préliminaires et objectif du problème
Pour tout entier
On munit l'algèbre
- On dit que cette suite
(λ_n)_(n ∈ ℕ) est à décroissance rapide si pour tout entierk ∈ ℕ elle est dominée par la suite(n^(− k))_(n ∈ ℕ^∗) , c'est-à-dire si
-
∀n ∈ ℕ, Q_n ∈ ℂ_n[X] - la suite
(‖f − Q_n‖_∞)_(n ∈ ℕ) est à décroissance rapide. - On dit que cette suite
(λ_n)_(n ∈ ℕ) est à décroissance exponentielle si, pour un certain réelr ∈ ]0, 1[ , elle est dominée par la suite géométrique(r^n)_(n ∈ ℕ) , c'est-à-dire si
-
∀n ∈ ℕ, Q_n ∈ ℂ_n[X] - la suite
(‖f − Q_n‖_∞)_(n ∈ ℕ) est à décroissance exponentielle.
Filière MP
L'objectif du problème est de montrer, en utilisant les propriétés des polynômes de Tchebychev établies en Partie I, que les fonctions de l'ensemble
a) Vérifier que si une suite est à décroissance exponentielle alors elle est à décroissance rapide.
b) Vérifier que les ensembles
c)
i) Soit
ii) Donner des exemples de fonctions de
Partie I - Polynômes de Tchebychev
I.A - Premières propriétés des
T_n
I.A.2) Expliciter
I.A.3)
I.A.4) En déduire la parité, le degré et le coefficient dominant de
I.A.5) Écrire un algorithme pour calculer
I.A.6) Montrer que, pour tout
I.B - Calcul de normes
I.B.2) Montrer que
I.B.3) En déduire que
I.C - Encadrement de
I.C.1) Montrer que
a) Montrer qu'il existe
b) En déduire que
I.D - Équation différentielle vérifiée sur IR par
T_n
I.D.2) Soit
Partie II - Application des polynômes de Tchebychev à la majoration des polynômes et de leurs dérivées
Enfin, pour tout
II.A - Majoration d'un polynôme sur
[1, + ∞[
II.A.2) Montrer que
II.B - Majoration des dérivées successives d'un polynôme sur [
1, + ∞ [
II.C.1) On pose
II.C.3) Montrer que :
Partie III - Détermination de l'ensemble
E_∞
III.A - Propriétés liées aux normes
N_2 et
N_∞
III.A.2) Soit
III.B - Étude d'une application linéaire
Montrer que
III.C - Propriétés liées aux coefficients de Fourier d'une fonction
Lf
III.C.1) Vérifier que
III.C.2) Soit
III.D - Développement en série de Tchebychev d'une fonction
f de
F_∞
III.D.1) Montrer que la suite
III.D.2) Montrer que :
III.D.3) En déduire que
III.E - Achèvement de la détermination de l'ensemble
F_∞
III.E.1) Montrer que la suite
III.E.2) En déduire que
Partie IV - Étude de l'ensemble
E_(exp)
IV.A - Caractérisation des éléments de l'ensemble
E_(exp)
a)
b) La suite
IV.B - Développement en série de Tchebychev d'une fonction
f de
E_(exp)
On conserve les mêmes hypothèses qu'à la question précédente pour
IV.D - Inclusion stricte entre
IV.E - Réciproque partielle concernant la détermination de l'ensemble
E_(exp)
- FIN •••
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet de maths 1 Centrale MP 2002 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet de maths 1 Centrale MP 2002 ?
Le sujet porte sur les polynômes de Tchebychev, l'interpolation de Lagrange, les séries de Fourier et les séries entières, pour caractériser les fonctions indéfiniment dérivables et analytiques sur [-1,1].
Le sujet de maths 1 Centrale MP 2002 est-il difficile ?
Le rapport le décrit comme facile à corriger malgré sa longueur, les deux premières parties étant accessibles avec des notions de première année, mais la partie IV a été très peu traitée.
Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées sur ce sujet de maths 1 Centrale MP 2002 ?
Le jury signale une méconnaissance de la convergence normale des séries de fonctions et l'idée fausse selon laquelle toute fonction C∞ serait développable en série entière.
Faut-il bien connaître les polynômes de Tchebychev pour ce sujet de maths 1 Centrale MP 2002 ?
Le sujet les redéfinit et en établit les propriétés dès la partie I, ce qui le rend accessible même sans connaissance préalable approfondie.
Pas de description pour le moment
