Centrale Mathématiques 1 TSI 2023Sujet et rapport du jury
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Présentation du sujet
Difficulté moyenneLa transformée de Laplace : intégrales généralisées, approximation polynomiale et équations différentiellesAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
Difficulté moyenneLe sujet étudie la transformée de Laplace d'une certaine catégorie de fonctions et démontre son injectivité. La partie I démontre le théorème d'intégration par parties pour les intégrales généralisées. La partie II définit et calcule la transformée de Laplace sur des exemples. La partie III établit, à l'aide d'une loi binomiale, un résultat d'approximation polynomiale d'une fonction de classe C1. La partie IV utilise ce résultat pour prouver l'injectivité de la transformée de Laplace et l'applique à la résolution d'une équation et d'un système différentiels.
- 1Partie I : intégration par parties pour intégrales généraliséesDémonstration du théorème d'intégration par parties pour les intégrales généralisées.
- 2Partie II : transformée de Laplace, généralitésDéfinition de la transformée de Laplace et calcul sur des exemples réutilisés dans la dernière partie.
- 3Partie III : approximation par des fonctions polynomialesDémonstration, à l'aide d'une loi binomiale, d'un résultat d'approximation d'une fonction de classe C1 par des polynômes.
- 4Partie IV : injectivité de la transformée de Laplace et applicationsDémonstration de l'injectivité de la transformée de Laplace puis résolution de deux problèmes de Cauchy (équation et système différentiels par réduction de matrice).
Difficulté moyenne. Le rapport indique que le sujet est bien calibré, avec des questions très abordables et d'autres plus délicates qui n'ont été résolues que par les meilleurs candidats.
L'épreuve en chiffres
Moyenne 9,1 / 20 · écart-type 4,38 · 943 présents · où vous situez-vous ?Afficher ou masquer la section
L'épreuve en chiffres
- Moyenne
- 9,1/ 20
- Écart-type
- 4,38
- Présents
- 943
- Coefficient
- 14
- Durée
- 4 h
- 1er quartile
- 6,3
- Médiane
- 9,2
- 3e quartile
- 12,2
Votre note sur 20 à ce sujet, en conditions de concours.
Source : document officiel du concours, épreuve du 9 mai 2023. Notes publiées par le concours (après harmonisation le cas échéant). Courbe : estimation par une loi normale.
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesThéorème d'intégration par parties trop peu réussi · Module d'un nombre complexe mal maîtrisé · Inégalité des accroissements finis mal connueAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesL'épreuve a permis de bien classer les candidats : les meilleurs mènent à bien de nombreuses questions avec rigueur, tandis que le sujet propose aussi des questions plus délicates réservées à un nombre restreint de copies. Le jury relève de nombreuses difficultés en intégration, notion principale de l'épreuve, notamment sur la convergence des intégrales généralisées, mais constate qu'un grand nombre de questions restent accessibles à la plupart des candidats.
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Théorème d'intégration par parties trop peu réussiQ1
La plupart des candidats n'ont pas compris le sens de la première partie de la question et ignorent ce qu'est une intégrale convergente.
« Beaucoup ignorent ce qu’est une intégrale convergente. »
- 2Module d'un nombre complexe mal maîtriséQ8, Q9
La valeur du module de e à la puissance i theta est trop souvent inconnue, source de difficulté pour relier deux questions consécutives.
- 3Inégalité des accroissements finis mal connueQ21
Les hypothèses précises de ce théorème sont peu maîtrisées par les candidats.
« L’inégalité des accroissements finis est mal connue, notamment ses hypothèses. »
- 4Théorème fondamental de l'analyse mal maîtriséQ26
Le calcul de la dérivée d'une fonction définie par une intégrale reste approximatif chez la plupart des candidats.
« Le théorème fondamental de l’analyse permettant de répondre à la question est mal connu des candidats. »
- 5Questions les plus difficiles peu abordéesQ30-Q34
Ces questions, qui mènent à prouver l'injectivité de la transformée de Laplace, n'ont été correctement abordées que par peu de candidats.
« Ces questions, les plus difficiles de l’épreuve, mènent à prouver l’injectivité »
- 6Calcul inutile de l'inverse de la matrice de passageQ41, Q42
Beaucoup de candidats calculent l'inverse de la matrice de passage alors qu'elle s'utilise de manière abstraite pour résoudre le système différentiel.
« Beaucoup de candidats ont cru nécessaire de calculer »
Ce qui a été bien réussi
- La partie III a été dans l'ensemble bien traitée par les candidats.
- La question 24, qui pouvait s'appuyer sur un tableau de variation ou un dessin de la parabole, a été bien réussie.
- Un grand nombre de questions de cette épreuve sont accessibles à la plupart des candidats.
Conseils du jury
- Toujours justifier la convergence d'une intégrale avant d'en calculer les termes.
- Apporter un argument mathématique explicite à chaque réponse : hypothèse de l'énoncé, point de cours ou résultat déjà démontré.
- Ne pas répondre précipitamment aux premières questions : une rédaction correcte et bien justifiée sur une vingtaine de questions constitue déjà une très bonne copie.
- Numéroter rigoureusement les pages et les questions pour permettre au correcteur de se repérer.
- Apprendre et comprendre le cours des deux années de classe préparatoire, et savoir l'appliquer à l'aide d'exercices progressifs.
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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Notations
- On note
F(ℝ^+, ℂ) l'ensemble des fonctions définies surℝ^+ à valeurs dansℂ etF(ℝ^(+ ∗), ℂ) l'ensemble des fonctions définies surℝ^(+ ∗) à valeurs complexes.
On admet queF(ℝ^+, ℂ) etF(ℝ^(+ ∗), ℂ) sont desℂ -espaces vectoriels. - Dans toute la suite, on considère l'ensemble
E des fonctionsf continues surℝ^+ à valeurs dansℂ telles que pour tout nombre réelp strictement positif, l'intégrale∫_0^(+ ∞)|f(t)|e^(− pt) dt converge. On admet que E est unℂ -espace vectoriel.
Articulation des parties
I Question préliminaire
II Transformée de Laplace, généralités
Q 3. Démontrer que l'application
II.B - Quelques exemples
II.B.1) Pour tout entier naturel
On note alors
Q 6. Soit
Q 7. Démontrer par récurrence que, pour tout entier naturel
Q 9. En déduire que les fonctions
II.B.3)
Q 11. Donner un exemple de fonction continue sur
II.C - Transformées de Laplace d'une dérivée et d'une dérivée seconde
Q 12. À l'aide d'une intégration par parties, démontrer que
Q 13. Démontrer que
III Approximation de fonctions de classe
C^1 sur un segment par des fonctions polynomiales
III.A - Une famille des fonctions polynomiales
Q 14. Donner le degré de
Q 15. Pour tout
III.B - Deux résultats généraux
Q 17. Question de cours.
Q 18. En déduire que
III.
Q 19. Rappeler la valeur de l'espérance de
Q 20. En déduire que
Q 25. En déduire qu'il existe une suite de fonctions polynomiales
IV Injectivité de la transformation de Laplace et applications
Pour tout nombre réel
Q 26. Justifier que la fonction
Q 27. Montrer que
Q 28. Justifier, pour tout
Q 29. Montrer que
Q 30. En effectuant le changement de variables
Q 34. Démontrer que
IV.B - Le but de cette sous-partie est de résoudre le problème de Cauchy :
IV.B.1) Résolution classique
Q 36. Résoudre alors le problème (IV.1).
IV.B.2) Résolution utilisant la transformation de Laplace
Q 37. Démontrer que, pour tout réel
Q 38. Déterminer deux nombres réels
Q 40. Réciproquement, vérifier que la fonction
IV.C - Le but de cette sous-partie est de déterminer les fonctions
IV.C.1) Résolution classique
IV.C.2) Résolution en utilisant la transformation de Laplace
Q 43. Montrer alors que
Q 46. Établir la réciproque et conclure.
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte Mathématiques 1 TSI Centrale 2023 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte Mathématiques 1 TSI Centrale 2023 ?
Le sujet porte sur les intégrales généralisées, la transformée de Laplace, une approximation polynomiale via une loi binomiale, et la résolution d'équations et systèmes différentiels.
Le sujet Mathématiques 1 TSI Centrale 2023 sur la transformée de Laplace est-il difficile ?
Le rapport le décrit comme bien calibré, avec des questions très abordables et d'autres plus délicates réservées aux meilleures copies, notamment en fin de sujet.
Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées sur ce sujet ?
Une mauvaise maîtrise de la convergence des intégrales généralisées, du module d'un nombre complexe, de l'inégalité des accroissements finis et du théorème fondamental de l'analyse.
Faut-il bien maîtriser la réduction des matrices pour ce sujet ?
Oui, la fin de la partie IV utilise la réduction d'une matrice pour résoudre un système différentiel, et le rapport signale des erreurs sur la construction et l'usage de la matrice de passage.
Pas de description pour le moment
