E3A Mathématiques 1 MP 2000Sujet et corrigé
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MATHÉMATIQUES
Exercice 1
ø1 Calculer les coefficients de Fourier réels de f.
ø2 Exprimer
ø3 Montrer la convergence de la suite
ø4 Pour le calcul de S, on définit
(a) Calculer pour chaque p la valeur de
(b) Montrer la convergence de la suite
N . On note L sa limite.
(c) Calculer la somme de Riemann définie par les extrémités de gauche de huit sous-intervalles consécutifs de longueur[(π)/4] approchant l'intégrale
∫_0^2[πf(t)sin(3t)dt .
(d) En déduire la valeur de L , puis celle de S .
[figure]
(c) Calculer la somme de Riemann définie par les extrémités de gauche de huit sous-intervalles consécutifs de longueur
(d) En déduire la valeur de L , puis celle de S .
[figure]
Exercice 2
Le plan est muni d'un repère orthonormé (O,[(
→ ) || i],[(
→ ) || j]).
On recherche les trajectoires des arcs paramétrést → (x(t), y(t)) solutions du système différentiel :
On recherche les trajectoires des arcs paramétrés
On rappelle qu'une trajectoire est un ensemble de points. Sur la figure de la page ci-contre, le champ de vecteurs
(x, y) → (x^2 + y, xy) est représenté en sens et direction.
On admettra l'existence et l'unicité d'une solution du système différentiel donné vérifiant des conditions initiales
x(0) = u, y(0) = v .
ø1 Expliciter cette solution pouru = 0 et
v = 0 .
ø2 Recherche des trajectoires rectilignes.
(a) Calculer le déterminant |
x^′ x^(′′)| .
y^′ y^(′′)
(b) Que peut-on dire de ce déterminant si la trajectoire présente une inflexion?
(c) Donner toutes les solutions de l'équation différentiellex^′ = x^2 .
(d) Préciser la ou les trajectoires incluses dans une droite. ø3 Recherche des trajectoires tracées sur un cercle centré sur l'axe Oy et passant par l'origine.
(a) Déterminer une courbe contenant les points o-la trajectoire présente une tangente parallèle à l'axe des ordonnées.
(b) En déduire l'unique cercle centré sur l'axe Oy , passant par l'origine, le point(0, a) et contenant une trajectoire du système différentiel considéré.
(c) Réciproquement, préciser pour cette valeur de a la nature de la solution maximale passant par (0, a ) à l'instant
t = 0 , en utilisant par exemple la combinaison
[(x^′ y − y^′ x)/(y^2)]∖cdotp
ø1 Expliciter cette solution pour
ø2 Recherche des trajectoires rectilignes.
(a) Calculer le déterminant |
(b) Que peut-on dire de ce déterminant si la trajectoire présente une inflexion?
(c) Donner toutes les solutions de l'équation différentielle
(d) Préciser la ou les trajectoires incluses dans une droite. ø3 Recherche des trajectoires tracées sur un cercle centré sur l'axe Oy et passant par l'origine.
(a) Déterminer une courbe contenant les points o-la trajectoire présente une tangente parallèle à l'axe des ordonnées.
(b) En déduire l'unique cercle centré sur l'axe Oy , passant par l'origine, le point
(c) Réciproquement, préciser pour cette valeur de a la nature de la solution maximale passant par (
Exercice 3
Soit
E un espace vectoriel de dimension finie n sur
£, o − n∖mathrel > 1 , et u un endomorphisme de cet espace. Pour
k entier naturel non nul,
u^k est la composée (
u^∘u^∘…^∘u ) o -
u apparaEt
k fois;
u^0 est l'application identique.
Pour un vecteur
x de
E , on appelle orbite de
x selon
u le sous-espace de
E engendré par les images successives de
x : Orb_u(x) = Vect{x, u(x), u^2(x), …, u^(n − 1)(x)} . L'endomorphisme u est dit cyclique s'il existe un vecteur particulier
x_0 réalisant l'égalité
E = Orb_u(x_0) .
ø1 Étude d'un exemple
Ici l'espace E est de dimension 4. Après quelques recherches, on a pu déterminer deux vecteurs vérifiant les propriétés suivantes :
ø1 Étude d'un exemple
Ici l'espace E est de dimension 4. Après quelques recherches, on a pu déterminer deux vecteurs vérifiant les propriétés suivantes :
- le vecteur a vérifie :
(a, u(a)) est libre et2u^2(a) − u(a) − a = 0 , - le vecteur
b vérifie :(b, u(b), u^2(b)) est libre etu^3(b) − u^2(b) + u(b) − b = 0 .
(a) Démontrer que la dimension deOrb_u(a) est égale à 2 .
(b) Démontrer que la restriction de u à l'orbite de a est diagonalisable et préciser la matrice de cette restriction dans une base de diagonalisation (e_1, e_2 ). Énoncer sans démonstration des résultats identiques concernant la restriction de u à l'orbite de b.
(c) Montrer que u est diagonalisable.
Par la suite, on notera (
e_1, e_2, e_3, e_4 ) une base de diagonalisation,
e_1 étant commun aux deux orbites et
e_2 étant associé à une valeur propre réelle.
(d) Déterminer un vecteur c dont l'orbite est de dimension 3 , la rectriction de u à cette orbite étant annulée par le polynômeP(t) = (2t + 1)(t^2 + 1) . Exprimer ce vecteur dans la base de diagonalisation.
(e) En déduire que l'orbite dea + b n'est pas nécessairement de dimension
4.
(f) Préciser un vecteur d telle que l'orbite deb + d soit de dimension 4 .
ø2 Une condition nécessaire
On revient au cas de dimension n , et l'on suppose que l'endomorphisme u est cyclique,x_0 étant l'un des vecteurs d'orbite maximale définis dans le préambule, B étant alors la base (
x_0, u(x_0), u^2(x_0), …, u^((n − 1))(x_0) ).
(a) Préciser la matrice A de l'application u dans la base B.
(b) Préciser la première colonne des matricesA^k , k étant un entier
compris entre 0 etn − 1 .
(c) En déduire une condition nécessaire portant sur son polynôme minimal pour qu'un endomorphisme soit cyclique.
(d) Déterminer un vecteur c dont l'orbite est de dimension 3 , la rectriction de u à cette orbite étant annulée par le polynôme
(e) En déduire que l'orbite de
4.
(f) Préciser un vecteur d telle que l'orbite de
ø2 Une condition nécessaire
On revient au cas de dimension n , et l'on suppose que l'endomorphisme u est cyclique,
(a) Préciser la matrice A de l'application u dans la base B.
(b) Préciser la première colonne des matrices
compris entre 0 et
(c) En déduire une condition nécessaire portant sur son polynôme minimal pour qu'un endomorphisme soit cyclique.
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