E3A Mathématiques 1 PSI 2019Sujet et corrigé
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Présentation du sujet
Quatre exercices indépendants d'analyse, probabilités et algèbre linéaireAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
Le sujet regroupe quatre exercices sans lien entre eux. Le premier étudie un endomorphisme de moyennage sur les fonctions continues, le deuxième une transformation d'une variable de Poisson, le troisième les hyperplans de matrices carrées stables par multiplication, et le quatrième une suite récurrente non linéaire et son comportement asymptotique.
- 1Exercice 1Étude de l'endomorphisme U(f)(x) = intégrale de f sur [x-1, x] sur l'espace des fonctions continues, puis sur les polynômes de degré au plus n, avec recherche du noyau et des valeurs propres.
- 2Exercice 2Détermination de la loi et de l'espérance d'une variable aléatoire construite à partir d'une variable suivant une loi de Poisson.
- 3Exercice 3Démonstration qu'un hyperplan de matrices carrées contient une matrice inversible, puis qu'un hyperplan stable pour la multiplication n'existe que pour les matrices 2x2.
- 4Exercice 4Étude de la convergence et du comportement asymptotique d'une suite définie par une relation de récurrence quadratique.
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Épreuve de Mathématiques 1 PSI
Si , au cours de l'épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d'énoncé, d'une part il le signale au chef de salle, d'autre part il le signale sur sa copie et poursuit sa composition en indiquant les raisons des initiatives qu'il est amené à prendre.
L'usage de calculatrices est interdit.
AVERTISSEMENT
Exercice 1.
On note
Pour tout élément
- Soit
f ∈ ℰ, T -périodique. Montrer que:∀a ∈ ℝ, ∫_a^(a + T)f(t)dt = ∫_0^T f(t)dt - On suppose de plus dans cette question que
f est dérivable surℝ .
Montrer que la réciproque est fausse.
3. Montrer que la fonction
4. Montrer que l'application
5. Soient
5.1. Montrer que la restriction de
5.2. Ecrire la matrice de
5.3. L'endomorphisme
6. Justifier que si
(i)
(ii)
7. A-t-on :
8. Donner explicitement une fonction
9. L'endomorphisme
10. Soient
10.1. Déterminer
10.2. Dresser le tableau des variations de la fonction réelle :
10.3. Montrer alors que tout réel
Exercice 2.
- Déterminer la loi de la variable aléatoire
X_2 . - Calculer l'espérance de la variable aléatoire
X_2 et l'exprimer à l'aide de fonctions usuelles.
Exercice 3.
On rappelle que
Si
On dira qu'une matrice
On rappelle que l'application qui à tout couple de matrices (
- Soit
T une matrice n'appartenant pas àH . Justifier que l'on a :E_n = H ⊕ Vect(T) . - Déterminer les matrices nilpotentes de la base canonique
ℬ . - Déterminer les valeurs propres d'une matrice nilpotente.
- On note
U = ∑_(1 ⩽ i < j ⩽ n)(E_(i, j) + E_(j, i)) . Démontrer queU est inversible. - On suppose alors que
H ne contient pas de matrice inversible.
5.1. Justifier l'existence d'une matrice
5.2. Justifier que 0 est valeur propre de
6. Montrer que
- On prend
n = 2 . Exhiber un hyperplan deE_2 stable pour la multiplication des matrices. - On se propose de montrer que
I_n ∈ H et on raisonne par l'absurde en supposant queI_n ∉ H .
8.1. On notep la projection surVect(I_n) parallèlement àH .
8.2. Démontrer l'implication suivante :
8.3. Prouver alors que:
8.4. Conclure.
9. Soit
9.1. Justifier que pour tout
9.2. Montrer que la matrice
9.3. Soit
9.4. Soient :
-
p le rang de la matriceA^T , -
(e_1, …, e_p) une base deIm(A^T) , complétée en une baseℬ_1 = (e_1, …, e_n) deℝ^n ; -
P la matrice de passage de la base canonique deℝ^n à la baseℬ_1 .
9.5. En déduire que l'on a :
10. Conclure.
Exercice 4.
- En utilisant sa monotonie, étudier la convergence de la suite
(u_n) . - On pose, pour tout entier naturel
n : v_n = 1/(2^n)ln(u_n) .
2.1. Prouver que l'on a:∀(n, p) ∈ ℕ^2 : 0 < v_(n + p + 1) − v_(n + p) ⩽ 1/(2^(n + p + 1))ln(1 + 1/(u_n))
2.2. En déduire que l'on a, pour tous entiers naturelsk etn :
3. On pose alors pour tout entier naturel
4. On pose pour tout entier naturel
4.1. Trouver une relation entre
4.2. Prouver que la suite
4.3. Montrer qu'il existe un réel
FIN DE L'ÉPREUVE
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet de maths 1 e3a PSI 2019 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet de maths 1 e3a PSI 2019 ?
Il porte sur quatre thèmes indépendants : un endomorphisme de moyennage sur les fonctions continues, une variable aléatoire liée à une loi de Poisson, les hyperplans de matrices stables pour la multiplication, et une suite récurrente non linéaire.
Les exercices du sujet e3a maths 1 PSI 2019 sont-ils indépendants ?
Oui, ce sont quatre exercices totalement indépendants, sans lien de contenu entre eux.
Quels résultats de cours faut-il connaître pour traiter ce sujet ?
Il faut maîtriser la notion d'endomorphisme et de valeur propre, la loi de Poisson et le calcul d'espérance, le produit scalaire sur les matrices, ainsi que les techniques de monotonie et d'équivalents pour l'étude de suites.
Ce sujet contient-il de l'algèbre linéaire avancée ?
Oui, l'exercice 3 traite en détail des hyperplans de l'espace des matrices carrées, de la notion de sous-espace stable et démontre qu'aucun hyperplan n'est stable pour la multiplication matricielle dès que la taille dépasse 2.
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