Centrale Mathématiques 1 TSI 2004Sujet et corrigé
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Présentation du sujet
Intégrales de Wallis, formule de Stirling, constante d'Euler-Mascheroni et comparaison asymptotique de séries entières au voisinage de 1Afficher ou masquer la section
Présentation du sujet
La partie I étudie les intégrales de Wallis, en établit un équivalent et en déduit la formule de Stirling. La partie II étudie deux séries entières liées au logarithme, montre l'existence d'une limite à gauche en 1 faisant apparaître la constante d'Euler-Mascheroni, puis en donne une expression intégrale. Les parties III et IV établissent des théorèmes de comparaison asymptotique de séries entières au voisinage de 1, à partir de leurs coefficients ou sommes partielles, et les appliquent notamment à la série de terme général x^(n²).
- 1Partie I : intégrales de Wallis et formule de StirlingOn établit une relation de récurrence entre les intégrales de Wallis, on en déduit leur équivalent, puis on démontre l'existence d'une constante permettant d'obtenir la formule de Stirling pour la factorielle.
- 2Partie II : séries entières liées au logarithme et constante d'Euler-MascheroniOn étudie deux séries entières définies à partir des termes 1/n et ln(1+1/n), on montre l'existence d'une limite à gauche en 1 faisant apparaître la constante d'Euler-Mascheroni, puis on en établit une expression intégrale.
- 3Partie III : comparaison asymptotique via les coefficientsOn démontre un théorème de comparaison entre deux séries entières au voisinage de 1 à partir du comportement relatif de leurs coefficients, et on l'applique à des séries entières classiques.
- 4Partie IV : comparaison asymptotique via les sommes partiellesOn démontre un théorème de comparaison entre deux séries entières au voisinage de 1 à partir du comportement asymptotique de leurs sommes partielles, et on l'applique notamment à la série entière de terme général x^(n²), reliée aux intégrales de Wallis.
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MATHÉMATIQUES I
Partie I -
I.A -
I.A.2) En déduire une expression de
I.B -
I.B.2) Montrer que la suite
I.B.3) Application 1
I.B.4) Application 2
I.C - On pose, pour
I.C.1) Montrer l'équivalence :
Filière TSI
Partie II -
II.B - On considère la seconde série entière.
II.B.1) Déterminer son rayon de convergence. On note
II.B.2) Montrer que cette série entière converge pour
II.C - Déterminer la limite à gauche de
II.D -
II.D.2) On pose, pour
II.D.3) Montrer que
II.E - Établir que
II.F - Une expression intégrale de
γ .
II.F.1) Montrer l'existence de
II.F.2) Montrer que
II.F.3) Montrer que pour tout
Partie III -
suivantes :
- La suite
(a_n)_(n ∈ ℕ) est à termes positifs. - La série
∑_(n ≥ 0)a_n diverge. -
∑_(n ≥ 0)a_n x^n a un rayon de convergence égal à 1 . -
b_n = o(a_n)
III.A -
III.A.2) On fixe un réel
III.C - Application 1:
III.D - Application 2 :
III.E - Application 3 :
III.E.2) Montrer pour tout
III.E.3) Montrer qu'il existe une constante
Partie IV -
suivantes : suivantes :
- La suite
(a_n)_(n ∈ ℕ) est à termes positifs non tous nuls. -
A_n ∼ B_n , où l'on a posé
- Le rayon de convergence de la série
∑_(n ≥ 0)a_n x^n est égal à 1 et la série∑_(n ≥ 0)a_n diverge.
IV.A - Vérifier l'égalité, pour tout
IV.C - Application 1:
IV.D - Application 2 :
IV.D.3) Montrer que pour
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte ce sujet de maths 1 TSI Centrale 2004 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte ce sujet de maths 1 TSI Centrale 2004 ?
Il porte sur les suites et séries numériques (intégrales de Wallis, formule de Stirling, constante d'Euler-Mascheroni) et sur les séries entières, notamment leur comportement asymptotique au voisinage du bord du disque de convergence.
Le sujet comporte-t-il des parties indépendantes ?
Les parties I et II peuvent être traitées de façon largement autonome, tandis que les parties III et IV, qui établissent des théorèmes généraux de comparaison, réutilisent les résultats des parties précédentes dans leurs applications.
Qu'est-ce que la formule de Stirling démontrée dans la partie I ?
C'est un équivalent de la factorielle n! lorsque n tend vers l'infini, obtenu ici en combinant l'étude d'une suite auxiliaire convergente avec l'équivalent des intégrales de Wallis.
Comment apparaît la constante d'Euler-Mascheroni dans ce sujet ?
Elle apparaît comme la limite à gauche en 1 d'une série entière liée au logarithme, puis comme somme d'une série harmonique tronquée du logarithme, et enfin sous la forme d'une intégrale généralisée qui en donne une expression équivalente.
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