ENS Mathématiques C MP 2020Sujet, corrigé et rapport du jury
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Difficulté moyenneOptimisation convexe : caractérisation de la convexité, méthode de pénalisation et théorème de Karush-Kuhn-TuckerAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
Difficulté moyenneCe problème de mathématiques étudie la minimisation d'une fonction convexe sur un sous-ensemble convexe fermé de Rn. Il aborde successivement des caractérisations de la convexité, une méthode de pénalisation pour approcher un minimum sous contraintes, la démonstration du théorème de Karush-Kuhn-Tucker à partir du lemme de Farkas, puis l'algorithme d'Uzawa pour le problème dual.
- 1Partie I : préliminaires sur les fonctions convexesCaractérisations d'une fonction convexe, convexité forte, cône admissible et conditions nécessaires et suffisantes d'optimalité.
- 2Partie II : méthode de pénalisationConstruction d'une suite de fonctions pénalisées pour approcher le minimum d'une fonction sous contraintes convexes.
- 3Partie III : théorème de Karush-Kuhn-TuckerDémonstration du lemme de Farkas puis du théorème de Karush-Kuhn-Tucker, condition nécessaire d'optimalité sous contraintes.
- 4Partie IV : problème dual et algorithme d'UzawaÉtude du problème dual associé et de la méthode d'Uzawa pour approcher un minimiseur sous contraintes affines.
Difficulté moyenne. Le jury qualifie le problème de relativement long mais d'une difficulté abordable, avec des questions plus ardues dans les deux dernières parties ; la moyenne n'est que de 9,03/20 et aucune copie n'a résolu l'ensemble du sujet.
L'épreuve en chiffres
Moyenne 9,03 / 20 · écart-type 3,81 · où vous situez-vous ?Afficher ou masquer la section
L'épreuve en chiffres
- Moyenne
- 9,03/ 20
- Écart-type
- 3,81
- Durée
- 4 h
Votre note sur 20 à ce sujet, en conditions de concours.
Source : document officiel du concours, épreuve du 24 avril 2020. Notes publiées par le concours (après harmonisation le cas échéant). Courbe : estimation par une loi normale.
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesConfusion sur une implication élémentaire · Existence et unicité du minimum mal traitées · Hypothèse de différentiabilité oubliéeAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesLe sujet portait sur l'analyse convexe et l'optimisation sous contraintes, en quatre parties de difficulté croissante. Le jury regrette un manque de rigueur sur des raisonnements élémentaires et une maîtrise insuffisante de la topologie. Les deux premières parties ont été largement traitées, mais les parties III et IV, plus techniques, ont été abordées par peu de candidats.
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Confusion sur une implication élémentaireI-1.d)
Dans la question I-1.d), certains candidats ont cru à tort à une équivalence entre deux inégalités.
« Le jury a été étonné de constater que certains candidats semblent penser que »
- 2Existence et unicité du minimum mal traitéesI-5
La question I-5 a posé des difficultés, notamment la preuve de la coercivité, et certains candidats ont appliqué le théorème du gradient nul sans vérifier que le domaine était ouvert.
« La question I-5 a été en général mal traitée par les candidats, que ce soit pour la partie existence »
- 3Hypothèse de différentiabilité oubliéeII-3
Pour la question II-3, la majorité des candidats n'a pas vu qu'il fallait établir la différentiabilité de fk avant d'appliquer le résultat de la question I-5.
- 4Convergence admise sans démonstrationII-5.a)
Dans la question II-5.a), beaucoup de candidats ont admis la convergence d'une suite extraite sans la démontrer, ce qui a été sévèrement sanctionné.
« ce qui a été sévèrement sanctionné »
- 5Piège sur l'exclusion mutuelle de deux assertionsIII-3
La question III-3, pourtant simple, a vu de nombreux candidats se contenter de récapituler un résultat déjà obtenu sans montrer que les deux assertions s'excluaient mutuellement.
« assez simple, a pourtant tendu un piège à de nombreux candidats »
- 6Partie IV quasiment non traitéePartie IV
La dernière partie, sur le problème dual et l'algorithme d'Uzawa, n'a été abordée que par une petite fraction des candidats.
« n'a été abordée que par 8% des candidats »
Ce qui a été bien réussi
- La question I-1.a) a été en général bien traitée.
- Les questions I-2 et I-3 ont été en général correctement traitées, sauf dans les copies les plus faibles.
- Les questions II-1, II-2 et II-4 n'ont pas posé de difficulté particulière.
- La question III-1.a) a été correctement traitée par un très grand nombre de candidats.
- La question III-2.b) a été beaucoup mieux réussie, en particulier sa première partie.
Conseils du jury
- Soigner la rigueur et la précision des justifications, y compris sur les questions les plus élémentaires.
- Éviter les abréviations et mettre clairement en évidence les résultats obtenus.
- Ne pas se cantonner aux questions les plus simples pour espérer une bonne note.
- Vérifier les hypothèses d'un théorème avant de l'appliquer, par exemple le caractère ouvert du domaine pour l'annulation du gradient.
- Ne pas admettre une convergence sans la démontrer explicitement.
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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ECOLES NORMALES SUPERIEURES
CONCOURS D'ADMISSION 2020
VENDREDI 24 AVRIL 2020-8h00-12h00 FILIERE MP - Epreuve
n^∘9 MATHEMATIQUES C
Le sujet comprend 6 pages numérotées de 1 à 6 .
Notations et définitions
- On dit qu'une fonction
f : ℝ^n → ℝ est convexe si pour tousx, y ∈ ℝ^n et toutλ ∈ [0, 1] ,
- On dit qu'une fonction
f : ℝ^n → ℝ est coercive silim_(‖x‖ → + ∞)f(x) = + ∞ , autrement dit :
I - Préliminaires
Fonctions convexes
a. Pour tous
b. On suppose que
c. En déduire que si
a. On considère la fonction
b. En déduire que
Fonctions coercives
I.5. Soit
Projection sur un convexe fermé
a. Montrer qu'il existe un unique point
b. Soit
c. En déduire que si
Une première condition nécessaire d'optimalité
- une suite
(t_k)_(k ∈ ℕ) de réels strictement positifs vérifiantlim_(k → ∞)t_k = 0 , - une suite
(h_k)_(k ∈ ℕ) de vecteurs deℝ^n vérifiantlim_(k → ∞)h_k = h ,
telles que pour toutk ∈ ℕ ,
I.8. Montrer que si
II - Pénalisation
II.1. Montrer qu'il existe un unique élément
II.2. Pour tout
II.3. Montrer que pour tout
II.4. Montrer que pour tout
II.5. On considère une sous-suite
a. Montrer que
b. En déduire que
II.6. En déduire que la suite
II.7. Montrer que la suite
III - Théorème de Karush-Kuhn-Tucker
Lemme de Farkas
Lemme 1. Si
(i)
(ii) il existe
III.1. Le but de cette question est de montrer que
a. Montrer que
b. Montrer que si
c. Pour tout
III.2. On considère un vecteur
a. Montrer que
III.3. Conclure la preuve du lemme 1.
Condition nécessaire D'optimalité
III.6. Montrer que si
III.7. On suppose que
IV - Étude DU PROBLÈME DUAL
On introduit la fonction
IV.2. Montrer que pour tout
c. Montrer que
IV.4. On considère
IV.5. On suppose dans toute cette question que la fonction
a. Soient
IV.6. (Théorème d'Uzawa). Soient
b. Montrer que (
Soit
- on fixe
μ^0 ∈ ℝ_+^p , - pour tout
k ∈ ℕ , on poseμ^(k + 1) = P_(ℝ_+^p)(μ^k + ρg(x_(μ^k))) ,
oùP_(ℝ_+^p) : ℝ^p → ℝ_+^p désigne la projection sur le convexe ferméℝ_+^p deℝ^p .
c. Montrer queμ^⋆ = P_(ℝ_+^p)(μ^⋆ + ρg(x_(μ^⋆))) .
d. Montrer que la suite
e. Montrer que la suite
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet de mathématiques C de la banque inter-ENS MP 2020 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet de mathématiques C de la banque inter-ENS MP 2020 ?
Le sujet porte sur les fonctions convexes, l'optimisation sous contraintes, le lemme de Farkas, le théorème de Karush-Kuhn-Tucker et l'algorithme d'Uzawa.
Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées sur ce sujet de maths C inter-ENS MP 2020 ?
Le jury signale un manque de rigueur sur des raisonnements élémentaires, une topologie souvent mal maîtrisée et des convergences admises sans démonstration.
Le sujet de mathématiques C inter-ENS MP 2020 est-il difficile ?
Le jury le juge relativement long mais globalement abordable, avec des questions plus ardues dans les parties III et IV ; la moyenne obtenue est de 9,03/20.
Quelle est la moyenne à l'épreuve de mathématiques C de la banque inter-ENS MP 2020 ?
La moyenne est de 9,03/20, avec un écart-type de 3,81 et des notes allant de 0 à 20.
Pas de description pour le moment
