ENS Mathématiques C MP MPI 2024Sujet, corrigé et rapport du jury
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DifficileLemme de Cesàro, théorème d'Abel et théorèmes taubériens, versions discrètes et continuesAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
DifficileLe sujet part du lemme de Cesàro sur les suites numériques, en donne des applications puis des réciproques partielles sous hypothèse de monotonie ou de contrôle des écarts (théorèmes de Hardy). Il établit ensuite le théorème d'Abel pour les séries entières au bord du disque de convergence et des théorèmes taubériens. La dernière partie transpose ces résultats aux intégrales sur ]0, +∞[, avec la transformée de Laplace.
- 1Partie I : lemme de CesàroPreuve du lemme, applications (équivalents, limite de la racine n-ième, produit de Cauchy) puis réciproques partielles jusqu'au théorème de Hardy.
- 2Partie II : théorème d'AbelComportement de la somme d'une série entière au bord du disque, calcul d'une série alternée, puis théorèmes taubériens faible et fort par approximation polynomiale.
- 3Partie III : variantes continuesVersion intégrale du lemme de Cesàro, transformée de Laplace, calcul de l'intégrale de sin(x)/x et théorème taubérien continu.
Difficile. Le rapport indique que les questions 1 à 5 de la partie I, pourtant sans difficulté majeure, n'ont été résolues proprement que par une minorité de copies, et que la partie III n'a été abordée que par un petit nombre de candidats.
L'épreuve en chiffres
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Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesRaisonnements imprécis dès la première question · Produit de Cauchy utilisé hors de ses hypothèses · Résultats non autorisés ou mal citésAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesLes notes vont de 0 à 20. Le jury attend clarté et rigueur même sur les questions élémentaires et a fortement sanctionné les réponses mal justifiées. Beaucoup de candidats manquent d'aisance en analyse réelle : comparaisons de séries et d'intégrales, équivalents et intégrabilité sont trop souvent mal justifiés.
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Raisonnements imprécis dès la première questionPartie I, question 1
La preuve du lemme de Cesàro, par découpage des sommes ou sommation d'équivalents, a souvent été rédigée de façon approximative. Le jury a lourdement sanctionné ces réponses.
« Le jury a été déçu par le grand nombre de raisonnements imprécis. »
- 2Produit de Cauchy utilisé hors de ses hypothèsesPartie I, question 6
Le théorème sur le produit de Cauchy demande la convergence absolue, qui n'était pas supposée. Il fallait passer par des manipulations de sommes et le lemme de Cesàro.
« Nombreux sont les candidats qui ont voulu utiliser un théorème sur le produit de Cauchy des séries. »
- 3Résultats non autorisés ou mal citésI.4, I.10b, II.1a
La formule de Stirling n'était pas acceptée en I.4, le théorème d'Abel radial ne devait pas être appliqué directement dans la partie II, et la question 2 ne pouvait pas être invoquée telle quelle en I.10b.
- 4Tentatives de passage en forceI.10c, II.1d
Les réponses qui affirment le résultat sans le démontrer ont été sanctionnées, alors qu'une tentative inaboutie présentée honnêtement a été valorisée.
« les nombreuses tentatives d'escroquerie ont été sanctionnées, alors que les tentatives non concluantes mais présentées honnêtement ont été valorisées. »
- 5Question mal comprisePartie II, question 3
Beaucoup ont proposé des séries entières sans rapport avec la situation demandée, par exemple la série géométrique.
« La question 3 a été mal comprise par de nombreux candidats »
- 6Hypothèses des grands théorèmes oubliéesII.5g, III.4, III.5b
Le théorème de Stone-Weierstrass, la dérivation sous l'intégrale et l'intégration par parties avec borne infinie ont souvent été utilisés sans vérification des hypothèses.
« le jury a sanctionné une utilisation du théorème de Stone Weierstrass sans mention de ses hypothèses. »
Ce qui a été bien réussi
- La partie I a été abordée par tous les candidats.
- La question 7 de la partie I (contre-exemple à la réciproque de Cesàro) a été traitée correctement par un grand nombre de candidats.
- Les questions 4a et 4b de la partie II ont en général été bien traitées.
- Les questions 1 et 2 de la partie III ont été bien traitées par ceux qui les ont abordées.
Conseils du jury
- Justifier chaque étape, y compris sur les questions les plus élémentaires, et dégager les hypothèses de tout résultat du programme invoqué.
- Annoncer honnêtement une piste de démonstration inaboutie plutôt que de forcer le résultat.
- Ne pas se limiter aux questions faciles de chaque partie : le jury indique que ce choix n'a guère été récompensé.
- Soigner la présentation et utiliser un brouillon.
- Accompagner les représentations graphiques demandées de commentaires, comme en II.5f.
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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ECOLES NORMALES SUPERIEURES
CONCOURS D'ADMISSION 2024
VENDREDI 19 AVRIL 2024 08h00-12h00
MATHEMATIQUES C (ULSR)
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Le sujet comprend 7 pages numérotées de 1 à 7 .
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Début de l'épreuve
Notations
À toute suite
1 Lemme de Cesàro
- Soit
(u_n)_(n ∈ ℕ) ∈ ℂ^ℕ etℓ ∈ ℂ . Démontrer que
Applications
- En utilisant (Cesàro), calculer la limite de la suite
(v_n)_(n ⩾ 1) définie parv_n = ∑_(k = 1)^n 1/(kn) . Puis, à l'aide d'une comparaison série-intégrale, donner un équivalent de(v_n)_(n ⩾ 1) . - Soit
(u_n)_(n ∈ ℕ) ∈ ℝ^ℕ etα ∈ ℝ^∗ . On suppose quelim_(n → + ∞)e_n = α . En utilisant (Cesàro), donner un équivalent de(u_n)_(n ∈ ℕ) . Retrouver ce résultat par un théorème de comparaison de séries à termes positifs. - Soit
(u_n)_(n ∈ ℕ) ∈ ]0, + ∞[^ℕ etℓ ∈ ]0, + ∞[ . On suppose quelim_(n → + ∞)(u_(n + 1))/(u_n) = ℓ . Démontrer quelim_(n → + ∞)n√(u_n) = ℓ . Démontrer que le résultat subsiste siℓ = 0 ouℓ = + ∞ . En déduirelim_(n → + ∞)n√(n!) etlim_(n → + ∞)n√((n^n)/(n!)) . - Soit
(a_n)_(n ∈ ℕ) ∈ ℂ^ℕ, (b_n)_(n ∈ ℕ) ∈ ℂ^ℕ, a ∈ ℂ etb ∈ ℂ . On suppose quelim_(n → + ∞)a_n = a etlim_(n → + ∞)b_n = b . Démontrer que
- Soit
∑_(n ⩾ 0)a_n et∑_(n ⩾ 0)b_n deux séries de nombres complexes, convergentes de sommes respectivesA etB . On note(c_n)_(n ∈ ℕ) la suite de terme généralc_n = ∑_(k = 0)^n a_k b_(n − k) et(C_n)_(n ∈ ℕ) la suite des sommes partielles associées définie parC_n = ∑_(k = 0)^n c_k . Démontrer que
Réciproques partielles
- Vérifier que la réciproque de (Cesàro) n'est pas toujours vraie en exhibant une suite
(u_n)_(n ∈ ℕ) ∈ ℝ^ℕ qui ne converge pas et telle que(σ_n)_(n ∈ ℕ) converge dansℝ . - Soit
(u_n)_(n ∈ ℕ) ∈ ℝ^ℕ etℓ ∈ ℝ . Démontrer que
9. Soit
- Soit
(u_n)_(n ∈ ℕ) ∈ ℂ^ℕ etℓ ∈ ℂ . Le but de cette question est de démontrer que
(a) Soit
2 Théorème d'Abel
- Soit
∑_(n ⩾ 0)a_n z^n une série entière de rayon de convergenceR ⩾ 1 et de sommef . On note
Le but de cette question est de démontrer que
(b) Démontrer que pour tous
2. Démontrer que
- Exhiber une série entière
∑_(n ⩾ 0)a_n z^n de rayon de convergence 1 et de sommef , telle quef(z) converge quandz → 1, |z| < 1 et telle que la série∑_(n ⩾ 0)a_n ne converge pas. - Soit
∑_(n ⩾ 0)a_n z^n une série entière de rayon de convergence 1 et de sommef . SoitS ∈ ℂ . Le but de cette question est de démontrer que
(a) Démontrer que pour tous
5. Soit
(b) On définit
(c) Soit
(d) Démontrer que
(f) Soit
À partir de maintenant,
(g) Démontrer qu'il existe
3 Variantes continues du lemme de Cesàro et du théorème d'Abel
- Soit
f ∈ C^0([0, + ∞[) etℓ ∈ ℝ . Démontrer que
- À l'aide d'un contre-exemple, démontrer que la réciproque du résultat de la question 1 est fausse.
- Soit
f ∈ C^0([0, + ∞[) etℓ ∈ ℝ . Démontrer que
- Soit
f ∈ C_b^0([0, + ∞[) . On définit la transformée de Laplace def par la fonction
5. Soit
(a) Démontrer que la fonction
(b) Démontrer que
6. Démontrer que
- Soit
f ∈ C_b^0([0, + ∞[) etS ∈ ℝ . Démontrer que
Fin du sujet
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet ENS Maths C MP MPI 2024 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet ENS Maths C MP MPI 2024 ?
Sur les suites et séries numériques, les séries entières et les intégrales généralisées. Le fil conducteur est le lemme de Cesàro, le théorème d'Abel et leurs réciproques partielles dites taubériennes.
Quelle est la moyenne de l'épreuve ENS Maths C MP MPI 2024 ?
Selon le rapport du jury, la moyenne est de 9,7/20 avec un écart-type de 3,8, et les notes se sont étalées de 0 à 20.
Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées en ENS Maths C 2024 ?
Des raisonnements imprécis dès la preuve du lemme de Cesàro, l'usage du produit de Cauchy sans convergence absolue, des théorèmes appliqués sans leurs hypothèses et des tentatives de passage en force.
Quelle partie traiter pour avoir une bonne note en ENS Maths C MP 2024 ?
D'après le rapport, réussir la partie I suffisait pour dépasser la moyenne. Y ajouter les questions 1 à 4 de la partie II donnait une très bonne note, et terminer la partie II plaçait parmi les meilleures copies.
Pas de description pour le moment
