ENS Mathématiques BCPST 2016Sujet
Pas encore noté
Téléchargements
- Corrigé : pas encore disponible
- Rapport du jury : non disponible
Ces sujets peuvent vous intéresser
Pas encore de corrigé pour ce sujet : voici des sujets proches corrigés.
Lecture du sujet en ligne
L'énoncé complet, avec les formules et les figures, sans ouvrir le PDF.Afficher ou masquer la section
Lecture du sujet en ligne
L'énoncé complet, avec les formules et les figures, sans ouvrir le PDF.
ÉCOLES NORMALES SUPÉRIEURES ÉCOLE NATIONALE DES PONTS ET CHAUSSÉES
CONCOURS D'ADMISSION SESSION 2016
FILIÈRE BCPST
COMPOSITION DE MATHÉMATIQUES
Épreuve commune aux ENS de Cachan, Lyon, Paris et à l'ENPC
(Durée : 4 heures)
L'utilisation des calculatrices n'est pas autorisée pour cette épreuve
L'épreuve est composée de quatre parties. Les parties 1, 2 et 3 sont indépendantes. On pourra admettre les résultats des parties 1 et 3 pour traiter la partie 4 .
Dans ce qui suit, on utilisera les notations suivantes.
- On note
ℝ l'ensemble des nombres réels. - Une fonction continue
f : ℝ → ℝ est à support compact s'il existex_−, x_+ ∈ ℝ , avecx_− < x_+ , tels quef(x) = 0 six < x_− oux > x_+ . - Soit
σ > 0 . On noteΓ_(σ^2) la Gaussienne de paramètreσ^2 , c'est-à-dire la fonction deℝ dansℝ , définie pourx ∈ ℝ parΓ_(σ^2)(x) = 1/(σ√(2π))e^(− (x^2)/(2σ^2)) . - Pour deux fonctions continues
f, g : ℝ → ℝ telles que∫_(− ∞)^(+ ∞)f(x)dx et∫_(− ∞)^(+ ∞)g(x)dx convergent, on admettra que pour toutx ∈ ℝ , l'intégrale∫_(− ∞)^(+ ∞)f(x − y)g(y)dy converge. On notera alorsf∗g la convolution def parg , définie pour toutx ∈ ℝ par
On admettra de plus que pour tous
σ_1 > 0 et
σ_2 > 0, Γ_(σ_1^2)∗Γ_(σ_2^2) = Γ_(σ_1^2 + σ_2^2) .
1. Fonctions gaussiennes
(1.1) Soient
f une fonction continue de
ℝ dans
ℝ à support compact et
σ > 0 . Montrer qu'il existe une constante
C > 0 telle que pour tout
x ∈ ℝ, f(x) ≤ CΓ_(σ^2)(x) .
(1.2) Soientσ > 0 , et
g la fonction définie sur
ℝ par
g(x) = |x|e^(− σx^2) . En étudiant le signe de
g^′ sur
]0, + ∞[ , montrer qu'il existe une constante
C > 0 telle que pour tout
x ∈ ]0, + ∞[ ,
(1.2) Soient
En déduire que pour tout
x ∈ ℝ, |x|e^(− σx^2) ≤ C . En utilisant un argument similaire, montrer qu'il existe une constante
C > 0 telle que pour tout
x ∈ ℝ, x^2 e^(− σx^2) ≤ C .
(1.3) Soient0 < σ_1 < σ_2 et
k ∈ {1, 2} . Montrer qu'il existe une constante
C > 0 telle que pour tout
x ∈ ℝ ,
(1.3) Soient
(1.4) Soit
σ > 0 . Montrer que les intégrales
∫_(− ∞)^(+ ∞)xΓ_(σ^2)(x)dx et
∫_(− ∞)^(+ ∞)x^2 Γ_(σ^2)(x)dx sont convergentes, et calculer leurs valeurs.
(1.5) Pourx_0 ∈ ℝ et
σ > 0 , calculer
(1.5) Pour
2. Dynamique D'un système D'Équations différentielles
Soit
γ > 0 . On considère des fonctions continues
N : [0, + ∞[ → ℝ et
Z : [0, + ∞[ → ℝ , dérivables sur
]0, + ∞[ , solutions du système suivant:
On suppose de plus que
N(0) > 0 et
Z(0) > 0 . Le but de cette partie est d'étudier le comportement de
N(t) et
Z(t) lorsque
t ≥ 0 est grand.
(2.1) Calculer les constantesa > 0 et
A > 0 telles que la fonction
Y définie pour
t ≥ 0 par
Y(t) = Z(t) + a vérifie
(2.1) Calculer les constantes
(2.2) Soit
Y_0 ∈ ]0, + ∞[ . En dérivant
W(t) = 1/(Y(t)) , trouver une solution explicite de l'équation
Y^′(t) = (A − Y(t))Y(t) telle que
Y(0) = Y_0 .
On admet que cette solution explicite est l'unique solution de l'équation différentielle
Y^′(t) = (A − Y(t))Y(t) telle que
Y(0) = Y_0 .
(2.3) En déduire une formule explicite deZ(t) pour
t ≥ 0 .
(2.3) En déduire une formule explicite de
Montrer que
Z(t) converge vers une certaine constante
Z¯ > 0 lorsque
t → ∞ .
Vérifier queZ¯ est l'unique solution positive de l'équation
Vérifier que
(2.4) Calculer la constante
d ∈ ℝ telle que
(2.5) Pour
z ∈ ℝ , on considère la solution
N_z de l'équation différentielle
de condition initiale
N_z(0) = 1 . Montrer qu'il existe
z^∗ ∈ ℝ (que l'on explicitera), tel que
(2.6) Soit
ε > 0 . Montrer qu'il existe
t_0 ≥ 0 tel que pour tout
t ≥ t_0 ,
(2.7) Déterminer la valeur
γ^∗ du paramètre
γ ∈ ℝ pour laquelle
Z¯ = z^∗ .
Quelle est la limite de
N(t) lorsque
t → ∞ , dans les cas où
γ < γ^∗ et
γ > γ^∗ ?
3. DÉRIVATION ET INTÉGRATION
Soit
f : [0, + ∞[ × ℝ → ℝ une fonction continue, telle que
f : (t, x) ↦ f(t, x) soit deux fois dérivable en la variable
t . Soit aussi
t¯ > 0 . On suppose qu'il existe
C > 0 et
σ > 0 tels que pour tout
(t, x) ∈ ]0, t¯ + 1] × ℝ ,
(3.1) Soient
x ∈ ℝ et
h ∈ ℝ tel que
0 < |h| < min(1, t¯) . Grâce à la formule des accroissements finis, montrer que
(3.2) Soient
R > 0 et
h ∈ ℝ tel que
0 < |h| < min(1, t¯) . Montrer que
(3.3) Soient
R > 0 et
h ∈ ℝ tel que
0 < |h| < min(1, t¯) . Montrer que
et
(3.4) Soient
R > 0 et
h ∈ ℝ tel que
0 < |h| < min(1, t¯) . Montrer que
(3.5) Soient
R > 0 et
h ∈ ℝ tel que
0 < |h| < min(1, t¯) . Montrer que
(3.6) Soit
h ∈ ℝ tel que
0 < |h| < min(1, t¯) . Montrer que
(3.7) Montrer que la fonction
F définie sur
]0, t¯ + 1[parF(t) = ∫_(− ∞)^(+ ∞)f(t, x)dx est dérivable en
t¯ , et
4. Étude d'une ÉQUATION INTÉGRO-DIFFÉRENTIELLE
Soit
h : ℝ → [0, + ∞[ une fonction continue à support compact, positive. On suppose que
∫_(− ∞)^(+ ∞)h(x)dx = 1 et
∫_(− ∞)^(+ ∞)xh(x)dx = 2 . Soit aussi
γ > 0 . On s'intéresse à l'équation suivante:
Soit
m : [0, + ∞[ × ℝ → [0, + ∞[ une fonction continue positive, vérifiant l'équation ci-dessus pour tout
(t, x) ∈ ]0, + ∞[ × ℝ , deux fois dérivable en la variable
t sur
]0, + ∞[ × ℝ , et telle que pour tout
(t, x) ∈ ]0, + ∞[ × ℝ ,
On suppose que
x ↦ m(0, x) est une fonction à support compact, et que
m(t, 0) > 0 pour tout
t ⩾ 0 . Le but de cette partie est d'obtenir des équations différentielles sur les fonctions
N et
Z définies pour
t ≥ 0 par
(4.1) Montrer qu'il existe une constante
κ > 0 telle que pour tout
x ∈ ℝ ,
(4.2) Montrer qu'il existe une constante
λ > 0 telle que pour tout
x ∈ ℝ ,
(4.3) Montrer qu'il existe une constante
C > 0 telle que la fonction
m¯ définie pour tout
(t, x) ∈ [0, + ∞[ × ℝ par
vérifie
m(0, x) ⩽ m¯(0, x) pour tout
x ∈ ℝ , et pour tout
(t, x) ∈ ]0, + ∞[ × ℝ ,
(∂m¯)/(∂t)(t, x) ≥ 2γ(∫_(− ∞)^(+ ∞)Γ_1(y/2 − x)m¯(t, y)dy − m¯(t, x)) + h(x)∫_(− ∞)^(+ ∞)(1 + y)m¯(t, y)dy − 2m¯(t, x) .
On admet que cette inégalité implique que pour tout
(t, x) ∈ [0, + ∞[ × ℝ, m(t, x) ⩽ m¯(t, x) .
(4.4) Montrer que les intégrales∫_(− ∞)^(+ ∞)m(t, x)dx et
∫_(− ∞)^(+ ∞)xm(t, x)dx sont convergentes pour tout
t ≥ 0 .
(4.5) On admet la formule
(4.4) Montrer que les intégrales
(4.5) On admet la formule
Montrer que pour tout
t > 0 ,
(4.6) On admet la formule
Montrer que pour tout
t > 0 ,
L'équation étudiée dans la partie 4 est inspirée par un modèle décrivant l'effet d'échanges de P-glycoprotéines sur une population de cellules cancéreuses mutantes
m . Nous montrons que l'étude de cette équation peut se faire au moyen d'un système de deux équations différentielles. La partie 2 décrit ainsi la dynamique la taille de la population mutante.
Pas de description pour le moment
