Centrale Mathématiques 1 TSI 2019Sujet et corrigé
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Nombres de Fibonacci : suites, séries entières, séries de Fourier, probabilités et algorithmiqueAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
Le problème étudie la suite de Fibonacci sous plusieurs angles complémentaires. Il commence par des propriétés élémentaires de la suite, puis introduit ses séries génératrices, une représentation par série de Fourier, une application probabiliste au jeu de pile ou face, et se termine par la décomposition d'un entier en somme de nombres de Fibonacci, implémentée en Python.
- 1I. PréliminairesÉtablit les propriétés élémentaires de la suite de Fibonacci, sa croissance, sa divergence, et une formule explicite de son terme général à l'aide du nombre d'or.
- 2II. Séries génératrices de FibonacciDétermine les rayons de convergence et les sommes des séries entières associées à la suite de Fibonacci et à ses termes divisés par factorielle.
- 3III. Représentation intégrale de la suite de FibonacciCalcule les coefficients de Fourier d'une fonction périodique liée au nombre d'or et en déduit une expression intégrale des termes de Fibonacci.
- 4IV. Temps d'attente de (Pile, Pile) dans un jeu de pile ou face infiniModélise par des variables aléatoires indépendantes le temps d'attente du premier double pile consécutif et relie sa loi de probabilité et son espérance à la suite de Fibonacci.
- 5V. Décomposition d'un entierDémontre l'existence et l'unicité de la décomposition d'un entier en somme de nombres de Fibonacci non consécutifs, puis fait coder et décoder cette décomposition en Python.
L'épreuve en chiffres
Moyenne 8,2 / 20 · écart-type 3,59 · 902 présents · où vous situez-vous ?Afficher ou masquer la section
L'épreuve en chiffres
- Moyenne
- 8,2/ 20
- Écart-type
- 3,59
- Présents
- 902
- Durée
- 4 h
- 1er quartile
- 5,4
- Médiane
- 7,6
- 3e quartile
- 9,9
Votre note sur 20 à ce sujet, en conditions de concours.
Source : document officiel du concours. Notes publiées par le concours (après harmonisation le cas échéant). Courbe : estimation par une loi normale.
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Mathématiques 1
CONCOURS CENTRRLE•SUPÉLEC
Calculatrice autorisée
Nombres de Fibonacci
Notations
La suite de Fibonacci est la suite de nombres réels
Objectifs
I Préliminaires
I.A -
Q 2. Montrer que la suite
Q 3. La suite
I.B -
Q 5. Vérifier les égalités
Q 6. Démontrer l'égalité
II Séries génératrices de Fibonacci
On note respectivement
On pourra utiliser les résultats de la partie I.
II.A -
Q 8. En déduire les rayons de convergence des séries entières
II.B -
Q 12. Retrouver le résultat de la question 6.
II. C -
Q 14. À l'aide du résultat précédent et des égalités de la question 5 , démontrer que
III Représentation intégrale de la suite de Fibonacci
On note
La fonction
III.A -
Q17. Montrer que
Q 18. À l'aide du changement de variable
On admettra dans la suite que
III.B -
Dans la poursuite de ce type de calculs, il a été démontré en 2015 que, pour tout entier naturel n
IV Temps d'attente de (Pile, Pile) dans un jeu de pile ou face infini
On admet qu'on définit une variable aléatoire
-
Y = 0 si on n'obtient jamais deux Pile consécutifs; - sinon,
Y est égale au plus petit entier naturel non nuln tel queX_n = X_(n + 1) = 1 .
IV.A -
IV.B -
Q 22. Pour tout
Q 23. Justifier, pour tout entier
Q 25. Donner alors une relation simple entre
Q 26. Démontrer que, pour tout entier naturel
IV.C -
Q 28. Interpréter ce résultat.
Q 29. Montrer que
V Décomposition d'un entier
On pourra utiliser les résultats de la partie I.
Si
i.
ii.
L'écriture
V.A −
V.B −
Q 33. En déduire que, sous réserve d'existence, la F-décomposition de
Q 34. Montrer que tout entier naturel non nul
V.C −
Q 36. Écrire une fonction Python recherche qui prend en paramètre un entier naturel
Q 37. Écrire une fonction Python Fdecomposition qui prend en paramètre un entier naturel
- on écrit en ligne la liste de tous les termes de la suite de Fibonacci inférieurs ou égaux à
n , en commençant à partir deF_2 ; - en-dessous de chaque terme de cette liste, on inscrit 1 si ce terme figure dans la F-décomposition de
n et 0 s'il n'y figure pas ; - on obtient une liste formée de 0 et de 1 qu'on «normalise» en ajoutant un 1 en dernière position.
Q 38. Vérifier que 100 est codé par la liste
Q 39. Écrire une fonction Python codage qui prend en paramètre un entier naturel
Q 40. Écrire une fonction Python decodage qui prend en paramètre une liste non vide constituée de 0 et de 1 et qui renvoie l'entier naturel qu'elle code. Par exemple, decodage (
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet de maths 1 Centrale TSI 2019 sur les nombres de Fibonacci ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet de maths 1 Centrale TSI 2019 sur les nombres de Fibonacci ?
Il porte sur les suites récurrentes linéaires, les séries entières, les séries de Fourier, les probabilités discrètes et la programmation Python.
Les parties du problème sont-elles indépendantes ?
Les parties IV et V utilisent des résultats des parties I et II, et la partie III est largement indépendante des autres tout en reprenant les notations de l'introduction.
Y a-t-il de la programmation Python dans ce sujet ?
Oui, la partie V demande d'écrire plusieurs fonctions Python pour calculer les termes de Fibonacci, rechercher un indice et coder ou décoder la décomposition d'un entier.
Quelle application probabiliste est étudiée ?
Le sujet relie la suite de Fibonacci au temps d'attente du premier double pile consécutif dans un jeu de pile ou face infini, et calcule l'espérance de ce temps d'attente.
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