Centrale Mathématiques 2 MP 2022Sujet, corrigé et rapport du jury
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DifficileDérivation des séries de fonctions : inégalité d'interpolation et séries aléatoires de RademacherAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
DifficileLe sujet démontre un nouveau théorème d'interversion série-dérivée pour transférer le caractère C^K à la somme d'une série de fonctions. Une inégalité d'interpolation, obtenue par les accroissements finis et l'interpolation de Lagrange, contrôle les dérivées intermédiaires. Une partie probabiliste indépendante établit la convergence presque sûre d'une série aléatoire de Rademacher, puis la dernière partie applique ce résultat aux séries aléatoires de fonctions.
- 1Partie I : inégalités d'interpolation des dérivéesContrôle des dérivées d'une fonction sur [0,1] par sa dernière dérivée et ses valeurs en un nombre fini de points, via les accroissements finis, le théorème de Rolle et les polynômes de Lagrange.
- 2Partie II : dérivation C^K pour les séries de fonctionsGénéralisation du théorème d'interversion série-dérivée, appliquée à un exemple où les dérivées intermédiaires ne sont pas calculables explicitement.
- 3Partie III : convergence d'une série aléatoire de RademacherConvergence avec probabilité 1 de la série des X_n a_n par des arguments de variance, d'inégalité de Markov et de type Borel-Cantelli.
- 4Partie IV : dérivation C^K pour des séries aléatoires de fonctionsSynthèse montrant que l'interversion série-dérivée reste possible avec probabilité 1 là où le théorème de la partie II ne s'applique pas.
Difficile. Le jury juge la partie II moyennement réussie et note que la partie IV, abordée dans environ la moitié des copies, n'a presque jamais donné de réponse satisfaisante.
L'épreuve en chiffres
Moyenne 8,76 / 20 · écart-type 4,18 · 4 727 présents · où vous situez-vous ?Afficher ou masquer la section
L'épreuve en chiffres
- Moyenne
- 8,76/ 20
- Écart-type
- 4,18
- Présents
- 4 727
- Coefficient
- 17
- Durée
- 4 h
- 1er quartile
- 6
- Médiane
- 8,7
- 3e quartile
- 12
Votre note sur 20 à ce sujet, en conditions de concours.
Source : document officiel du concours, épreuve du 6 mai 2022. Notes publiées par le concours (après harmonisation le cas échéant). Courbe : estimation par une loi normale.
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesInégalités triangulaires mal maîtrisées · Linéarité et argument de dimension · Récurrences mal rédigéesAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesLes parties I et II ont été abordées dans presque toutes les copies : la première est globalement bien réussie, la seconde, plus technique, moyennement. La partie probabiliste a été abordée dans environ 90 % des copies, avec de bons résultats sur les questions élémentaires mais de grosses faiblesses dès qu'il fallait de la technique. La partie IV de synthèse n'a été abordée que par la moitié des candidats environ.
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Inégalités triangulaires mal maîtriséesQ3, Q4, Q5
L'ordre des bornes est rarement pris en compte dans les restes intégraux, et des inégalités fausses apparaissent. Les noms des résultats du cours sont souvent confondus (égalité et inégalité des accroissements finis, Taylor-Lagrange et Taylor-Young).
- 2Linéarité et argument de dimensionQ6
Affirmer que l'application est trivialement linéaire ne rapporte rien. Déduire la surjectivité de l'injectivité exige de préciser que les espaces de départ et d'arrivée ont la même dimension.
- 3Récurrences mal rédigéesQ8
Le jury exige hypothèse de récurrence, initialisation et hérédité. L'usage du théorème de Rolle est souvent compris, mais le caractère disjoint des intervalles est oublié.
- 4Mauvaise invocation du théorème de CauchyQ14
Beaucoup de copies invoquent un problème de Cauchy d'ordre 2 avec deux conditions initiales, ce qui ne correspond pas au théorème. L'existence est souvent admise sans preuve.
- 5Choix des points hors de l'intervalleQ15
Les points 1 et 2 ne sont utilisables que s'ils appartiennent au segment fixé. Il fallait élargir l'intervalle compact, subtilité que peu de candidats ont vue.
- 6Intersection finie d'événements presque sûrsQ31
Cette question très facile a été globalement ratée. L'argument qu'une intersection finie d'événements de probabilité 1 est de probabilité 1 manque dans la majorité des copies.
« Cette question très facile a été globalement ratée. »
Ce qui a été bien réussi
- La preuve d'isomorphisme de Q6 a été dans l'ensemble bien menée.
- Les questions Q9, Q11, Q13, Q21 et Q28 ont été en général bien traitées.
- Les candidats ont bien assimilé les notations probabilistes de la partie III, pourtant compliquées a priori.
- Beaucoup ont tenté d'aller jusqu'au bout, et ceux qui ont abordé Q34 l'ont réussie en testant K = 2.
Conseils du jury
- Rendre une copie lisible et propre : utiliser une règle pour barrer les erreurs et encadrer les résultats, sous peine de malus.
- Mettre explicitement en avant les arguments : théorèmes et numéros de questions utilisés, hypothèses vérifiées.
- Respecter les données de l'énoncé, par exemple ne pas choisir des points qui arrangent la preuve ni des constantes dépendant de f.
- Tenter les questions de fin quitte à admettre des résultats de l'énoncé : le jury valorise les tentatives raisonnables de preuve.
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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Objectifs
Le sujet est divisé en quatre parties :
- la partie I étudie une inégalité, qualifiée d'inégalité d'interpolation, qui permet de contrôler les dérivées intermédiaires d'une fonction de classe
C^K ; - la partie II utilise la partie I pour démontrer un résultat de transfert du caractère
C^K à une somme de série de fonctions ; - la partie III, qui est indépendante des parties I et II, étudie la convergence des séries aléatoires numériques de la forme
∑X_n a_n , où (X_n ) est une suite de variables aléatoires mutuellement indépendantes de Rademacher et (a_n ) une suite réelle telle que la série∑a_n^2 converge ; - la partie IV utilise les résultats des parties précédentes pour donner une application au caractère
C^K de la somme d'une série aléatoire de fonctions de la forme∑X_n f_n .
Notations
- Pour tous entiers
i etj vérifianti ⩽ j , la notation[ [i, j] ] désigne l'intervalle d'entiers[i, j] ∩ ℕ . - La lettre
K désigne systématiquement un entier naturel non nul. - Le symbole
ℝ_(K − 1)[X] désigne leℝ -espace vectoriel des polynômes de degré inférieur ou égal àK − 1 à coefficients réels. - Pour tout intervalle
I , on noteC^K(I) leℝ -espace vectoriel des fonctionsf : I → ℝ de classeC^K . Pour tousf ∈ C^K(I) etk ∈ [ [0, K] ] , on notef^((k)) la dérivée d'ordrek (et doncf^((0)) = f ,f^((1)) = f^′ ,f^((2)) = f^(′′) ). - Dans le cas particulier
I = [0, 1] , pour toute fonction bornéef : [0, 1] → ℝ , on note‖f‖_∞ = sup_(x ∈ [0, 1])|f(x)| .
I Inégalités d'interpolation des dérivées
I.A - Cas particulier
K = 1
Q 2. Soit
I.B - Cas particulier
K = 2
Q 5. Conclure le cas
I.
C - Cas général par interpolation de Lagrange
Q 6. Démontrer que l'application
Q 7. Montrer qu'il existe
Q 8. Pour tout
Q 9. En déduire l'inégalité
Q 10. Montrer qu'il existe une constante
II Dérivation
C^K pour les séries de fonctions
II.A - Énoncé général
- des réels distincts
x_1 < ⋯ < x_K d'un intervalle[a, b] (aveca < b ); - une suite de fonctions
(f_n) de classeC^K sur[a, b] à valeurs réelles et vérifiant les deux hypothèses
(H1) la série de fonctions∑f_n^((K)) converge normalement sur[a, b] ;
(H2) pour toutℓ ∈ [ [1, K] ] la série numérique∑f_n(x_ℓ) est absolument convergente.
Q 11. Dans le cas particulier[a, b] = [0, 1] , justifier que la série∑f_n^((k)) converge normalement sur[a, b] pour toutk ∈ [ [0, K − 1] ] .
Q 12. Traiter la question précédente dans le cas général d'un segment[a, b] aveca < b .
On pourra examinerf_n ∘ σ oùσ : [0, 1] → [a, b] est définie parσ(t) = (1 − t)a + tb pour toutt ∈ [0, 1] .
D'après le résultat de la question précédente, on peut poserF_k(x) = ∑_(n = 0)^(+ ∞)f_n^((k))(x) pour toutx ∈ [a, b] .
Q 13. Démontrer queF_0 est de classeC^K sur[a, b] et queF_0^((k)) = F_k pour toutk ∈ [ [1, K] ] .
II.B - Application sur un exemple
Q 14. Pour tout
Q 15. Montrer que la série de fonctions
Q 16. Expliciter
Q 17. Montrer que
III Convergence d'une série aléatoire de Rademacher
Notations
-
(X_n)_(n ∈ ℕ) désigne une suite de variables aléatoires mutuellement indépendantes d'un espace probabilisé(Ω, A, ℙ) vérifiant
-
(a_n)_(n ∈ ℕ) est une suite réelle telle que la série∑a_n^2 converge ; - pour tout
N ∈ ℕ , on noteS_N = ∑_(n = 0)^N X_n a_n la somme partielle au rangN de la série∑X_n a_n ; - si
(φ(j))_(j ∈ ℕ) est une suite strictement croissante d'entiers naturels, pour tout entierj ∈ ℕ et tout entierm ∈ [ [φ(j) + 1, φ(j + 1)] ] , on note les évènements
III.A - Construction de la suite
Q 19. Exprimer l'espérance et la variance de
Q 20. Déduire des deux questions précédentes la majoration
III.B - Inégalité maximale de Lévy
Q 23. Soit
Q 24. Prouver que si l'évènement
On pourra exprimer
Q 25. En déduire que
Q 27. Montrer que l'évènement
Q 28. En déduire que l'évènement
On pourra examiner la série
Q 29. Conclure que l'évènement
IV Dérivation
C^K pour des séries aléatoires de fonctions
- une suite de variables aléatoires
(X_n)_(n ∈ ℕ) vérifiant les hypothèses de la partie précédente ; - des réels distincts
x_1 < ⋯ < x_K de[0, 1] ; - une suite de fonctions
(f_n) de classeC^K sur[0, 1] à valeurs réelles et vérifiant les deux hypothèses
(H1) la série de fonctions∑f_n^((K)) converge normalement sur[0, 1] ;
(H2') pour toutℓ ∈ [ [1, K] ] , la série numérique∑f_n(x_ℓ)^2 est convergente.
Q 30. Montrer que l'une des deux hypothèses (H2') ou (H2) (étudiée dans la partie II) implique l'autre.
Q 31. Montrer que l'évènement
Q 32. On note
Q 33. Montrer que l'évènement
Q 34. Donner un exemple d'entier
précédent se réalise avec les fonctions
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet Centrale Maths 2 MP 2022 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet Centrale Maths 2 MP 2022 ?
Sur les séries de fonctions et le théorème de dérivation terme à terme, les accroissements finis et l'interpolation de Lagrange, puis sur les probabilités (variance, inégalité de Markov) appliquées à des séries aléatoires de Rademacher.
Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées en Centrale Maths 2 MP 2022 ?
Des inégalités triangulaires mal gérées, des récurrences mal rédigées, une linéarité affirmée sans preuve, un théorème de Cauchy mal cité en Q14 et des oublis de détails, par exemple en Q15 et Q31.
Quelle est la question la plus difficile de Centrale Maths 2 MP 2022 ?
Selon le jury, c'est Q23, bien traitée par une minorité de candidats (moins d'une centaine de copies avec des arguments intéressants). Q29 n'a été traitée convenablement que dans moins de 70 copies.
La partie probabilités de Centrale Maths 2 MP 2022 est-elle indépendante ?
Oui, la partie III est totalement indépendante des parties I et II. Elle a été abordée dans environ 90 % des copies.
Pas de description pour le moment
