Mines Mathématiques 2 MP 2014Sujet, corrigé et rapport du jury
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Présentation du sujet
Difficulté moyennePoints fixes et opérateurs à noyau : théorèmes de Picard et de Schauder, équations intégrales de FredholmAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
Difficulté moyenneLe sujet part du théorème du point fixe de Picard dans un espace de Banach, puis établit l'invariance par homotopie de l'existence d'un point fixe. Il applique ces résultats à des opérateurs intégraux à noyau, généralise au cas non contractant grâce au théorème de Schauder (admis) et termine par l'existence de solutions pour une équation intégrale de Fredholm.
- 1Partie A : théorème du point fixeDémonstration du théorème de Picard pour une application contractante d'un fermé dans lui-même, via une suite de Cauchy.
- 2Partie B : invariance par homotopieÉtude de l'ensemble des paramètres pour lesquels un point fixe existe, montré fermé puis ouvert, et application à un cas particulier.
- 3Partie C : étude de certains opérateurs à noyauMajoration d'un opérateur intégral sur les fonctions continues et existence d'un point fixe intérieur.
- 4Partie D : une généralisationConstruction d'une fonction auxiliaire à l'aide de distances à des fermés et utilisation du théorème de Schauder.
- 5Partie E : application aux intégrales de FredholmInégalité de Cauchy-Schwarz, équicontinuité, extraction diagonale et conclusion sur l'existence d'un point fixe.
Difficulté moyenne. Le jury juge la longueur et la difficulté adaptées au niveau moyen des candidats, avec un bon étalement des notes.
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesUnicité du point fixe mal rédigée · Suite de Cauchy mal établie · Théorèmes faux inventésAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesLe sujet a permis d'évaluer à la fois la connaissance du cours, la rigueur logique et la compréhension des objectifs d'un problème. Le jury a lu d'excellentes copies, mais beaucoup présentent les mêmes défauts : hypothèses négligées, quantificateurs mal maîtrisés et théorèmes faux inventés pour les besoins de la cause.
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Unicité du point fixe mal rédigéeQuestion 1
Valeurs absolues oubliées, inégalité large au lieu de stricte et deux points fixes supposés sans les dire distincts. La conclusion doit être leur égalité.
« les candidats se donnaient souvent deux points fixes sans préciser qu'ils étaient distincts »
- 2Suite de Cauchy mal établieQuestions 2 et 6
Majorer l'écart entre deux termes par une quantité dépendant de p ne suffit pas. L'interversion des quantificateurs dans la définition d'une suite de Cauchy est aussi fréquente.
- 3Théorèmes faux inventésQuestions 6 et 13
Une fonction séparément continue en chaque variable n'est pas forcément continue, et en dimension infinie l'image d'un fermé borné par une application continue n'est pas forcément fermée bornée.
« une propension à inventer des théorèmes certes pratiques mais hélas faux »
- 4Stabilité par f oubliéeQuestions 9, 11 et 13
Avant d'appliquer le théorème de Picard, il faut vérifier que l'ensemble de départ est stable par f. Beaucoup de candidats ne précisent même pas cet ensemble.
- 5Majoration d'intégrale impréciseQuestion 12
Oubli de valeur absolue, sup mal placé, confusion entre les variables t et x : une question élémentaire a souvent perdu des points par manque de précaution.
« Un minimum de précautions permettait d'obtenir tous les points à cette question »
- 6Convergence dominée et uniformité ignoréesQuestions 19 à 21
Beaucoup ignorent l'hypothèse de domination pour intégrer une suite de fonctions. En question 20, le module de continuité doit être indépendant de n.
Ce qui a été bien réussi
- Certains candidats ont justement utilisé qu'une partie non vide, ouverte et fermée d'un connexe est l'ensemble entier, ou ont bien manié la borne supérieure (question 10).
- Une bonne partie des candidats a correctement enchaîné les raisonnements de la question 16.
- Quelques copies ont bien décrit l'extraction successive sur une partie dense dénombrable comme les rationnels (question 22).
Conseils du jury
- Vérifier toutes les hypothèses d'un théorème avant de l'appliquer, en particulier la stabilité de l'ensemble de départ.
- Écrire soigneusement les quantificateurs, notamment dans la définition d'une suite de Cauchy.
- Réécrire une preuve voisine d'une question précédente plutôt que d'y renvoyer si elle n'est pas identique (question 8).
- Pour montrer qu'un ensemble est fermé, prendre une suite convergente d'éléments et vérifier que sa limite y appartient, sans fixer abusivement un paramètre commun (question 14).
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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DEUXIÈME ÉPREUVE DE MATHÉMATIQUES
Points fixes et opérateurs à noyau
Dorénavant et dans tout le problème,
A. Théorème du point fixe
Théorème (Picard). Toute application contractante
- Montrer que si
f admet un point fixex , celui-ci est unique.
2) Montrer que la suite
3) Conclure.
B. Invariance par homotopie
a il existe
On suppose en outre que
- Vérifier que
T n'est pas vide.
5) Vérifier qu'une telle suite
- Montrer alors que la suite
(x_n)_(n ∈ ℕ) est de Cauchy et en déduire queT est fermée.
7) Vérifier que
8) Montrer que pour tout
9) En déduire, en utilisant le théorème de Picard ci-dessus, que l'application
10) En déduire que
d le vecteur nul 0 est intérieur à
11) Montrer que
C. Étude de certains opérateurs à noyau
12) Pour toutes fonctions
13) Montrer que
D. Une généralisation
On pose
- Montrer que
X est non vide et fermé. En déduire que la fonctionμ : A → [ 0,1 ] définie par la formule
- Montrer que
g est continue surC et queg(C)^– est compact.
Théorème (Schauder). Si C est une partie convexe fermée de
16) Conclure, à l'aide du théorème de Schauder, que
E. Application aux intégrales de Fredholm
On suppose en outre qu'il existe un réel
17) Déterminer pour chaque
- En déduire que
F est une application deE dansE .
19) Montrer que si
20) Montrer que pour tout réel
21) Montrer que si la suite
22) Soit
23) Conclure :
Fin du problème
Questions fréquentes
4 questionsSur quoi porte le sujet Mines maths 2 MP 2014 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsSur quoi porte le sujet Mines maths 2 MP 2014 ?
Sur les théorèmes de point fixe dans un espace de Banach : théorème de Picard, invariance par homotopie, théorème de Schauder admis, puis application aux opérateurs à noyau et aux équations intégrales de Fredholm.
Quelles erreurs le jury a-t-il relevées en maths 2 Mines MP 2014 ?
Des hypothèses de théorèmes non vérifiées, des quantificateurs mal placés dans la définition d'une suite de Cauchy et des théorèmes faux inventés, comme la continuité d'une fonction séparément continue en chaque variable.
Le sujet Mines maths 2 MP 2014 était-il difficile ?
Le jury le juge adapté au niveau moyen des candidats, en longueur comme en difficulté. Il a bien étalé les notes.
Le sujet Mines maths 2 MP 2014 est-il encore au programme ?
Le jury indique que c'était la dernière année qu'un tel sujet était possible, car plusieurs notions de topologie comme les suites de Cauchy disparaissaient du programme de MP.
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