X ENS Mathématiques B MP MPI 2023Sujet, corrigé et rapport du jury
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Présentation du sujet
DifficileRéduction en famille de matrices symétriques réelles dont les coefficients sont développables en séries entièresAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
DifficileLe sujet démontre qu'une famille de matrices symétriques réelles dont les coefficients sont développables en série entière se diagonalise, près de 0, par une famille de matrices orthogonales elle aussi développable en série entière. Il étudie d'abord l'anneau des fonctions développables en série entière, puis les racines d'un polynôme à coefficients dans cet anneau, avant de conclure par récurrence sur la taille des matrices.
- 1Première partie : l'anneau des fonctions développables en série entièreStabilité par somme et produit, norme d'algèbre, complétude, inversibilité locale d'une fonction ne s'annulant pas en 0 et intégrité de l'anneau.
- 2Deuxième partie : racines d'une famille de polynômesNorme sur les polynômes à coefficients dans l'anneau, division euclidienne par un polynôme unitaire, construction d'une suite convergente de facteurs (théorème 1) et racine carrée d'une fonction strictement positive.
- 3Troisième partie : réduction en familleDiagonalisation par blocs grâce au théorème 1 et aux formules de Cramer, procédé de Gram-Schmidt en famille et récurrence sur la taille des matrices (théorème 2).
Difficile. Le jury ne juge pas le sujet plus difficile que les autres années, mais les taux de réussite chutent sous 15 % dès la question 13 et sont proches de 0 % sur la troisième partie.
L'épreuve en chiffres
Moyenne 9,69 / 20 · écart-type 3,74 · 1 420 présents · où vous situez-vous ?Afficher ou masquer la section
L'épreuve en chiffres
- Moyenne
- 9,69/ 20
- Écart-type
- 3,74
- Présents
- 1 420
- Durée
- 4 h
Votre note sur 20 à ce sujet, en conditions de concours.
Source : document officiel du concours, épreuve du 18 avril 2023. Notes publiées par le concours (après harmonisation le cas échéant). Courbe : estimation par une loi normale.
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesGrappiller les questions faciles · Convergence absolue oubliée dans le produit de Cauchy · Convergence uniforme mal rédigéeAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesLe jury constate une légère baisse du niveau des candidats faibles, avec beaucoup de copies faibles, tandis que le niveau des admissibles se maintient. Une note correcte suppose de réussir les questions difficiles qui forment le cœur du sujet (6a à 7, 11 à 16, 20 à 26). Se limiter aux questions faciles ne suffit jamais.
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Grappiller les questions facilesQ5, Q6c
Survoler toutes les parties pour prendre quelques points ne fonctionne pas. Réussir des questions clés comme 5 et 6c ouvrait la suite de la partie I.
« Le barème est établi de sorte qu'une telle stratégie est forcément vouée à l'échec. »
- 2Convergence absolue oubliée dans le produit de CauchyQ2
Le produit de Cauchy de deux séries numériques exige leur convergence absolue. Ne pas le mentionner coûte des points.
« L'absence de mention de nécessité de la convergence absolue a été pénalisée par le barème. »
- 3Convergence uniforme mal rédigéeQ5
Il fallait majorer le terme général par celui d'une série numérique convergente indépendante de la variable. Seuls 18 % des candidats de MP ont réussi.
« Ces trois ingrédients (majoration, convergence et indépendance) doivent apparaître. »
- 4Critère de d'Alembert utilisé à l'enversQ6c
Plusieurs erreurs en 6c : convergence affirmée au bord de l'intervalle, oubli d'un majorant supérieur à 1, ou emploi de la réciproque du critère de d'Alembert.
« le critère de d'Alembert n'étant pas une équivalence »
- 5Fonction non nulle et fonction qui ne s'annule pasQ7
Pour montrer l'intégrité de l'anneau, beaucoup oublient de vérifier les axiomes de sous-anneau et confondent deux notions distinctes. Le taux de réussite est de 8 % en MP.
« la confusion entre les propositions "f est non nulle" et "f qui ne s'annule pas »
- 6Degré d'un produit sans précautionQ9a
L'unicité de la division euclidienne dans cet anneau demande de justifier la formule du degré d'un produit par l'intégrité ou le caractère unitaire.
« Le piège est d'utiliser la formule pour le degré d'un produit sans précaution. »
Ce qui a été bien réussi
- La question 1 sur la stabilité par somme a un taux de réussite de 100 %.
- Les questions 6a, 6b et 6d dépassent 85 % de réussite en MP.
- La question 8b, fondée sur la sous-multiplicativité de la norme, est réussie à 93 % en MP.
Conseils du jury
- Traiter correctement plusieurs questions consécutives, dont des questions difficiles, plutôt que survoler le sujet.
- Admettre un résultat intermédiaire est permis, à condition de vérifier toutes les hypothèses avant de l'utiliser.
- Utiliser un brouillon pour ne reporter que les étapes essentielles et évoquer même les vérifications triviales.
- Écrire lisiblement : un passage indéchiffrable ne rapporte pas de points.
- Encadrer ou souligner les éléments clés des démonstrations.
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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ECOLE POLYTECHNIQUE
CONCOURS D'ADMISSION 2023
08h00-12h00
FILIERE MP-MPI - Epreuve
MATHEMATIQUES B (X)
L'utilisation des calculatrices n'est pas autorisée pour
cette épreuve
COMPOSITION DE MATHÉMATIQUES
L'utilisation des calculatrices n'est pas autorisée pour cette épreuve.
Notations
On note
Étant donné
On note
Par définition, pour toute fonction
Matrices
Lorsque
On note
Pour
On note
On dit qu'une matrice
Une fonction
On note
Pour
On note encore
Soit
Pour
-
ker(M) le sous-espace vectoriel deℝ^m formé des vecteursv tels queMv = 0 , -
im(M) le sous-espace vectoriel deℝ^n formé des vecteurs de la formeMv, v ∈ ℝ^m .
Polynômes
Si
Première partie
- Montrer que, pour tout
ρ > 0 et tousm, n ∈ ℕ^∗ , les ensembles𝒟_ρ(ℝ), 𝒟_ρ(ℝ_n[X]) et𝒟_ρ(ℳ_(m, n)(ℝ)) sont stables par somme. - Montrer que, pour tout
ρ > 0 et toutn ∈ ℕ^∗ , les ensembles𝒟_ρ(ℝ) et𝒟_ρ(ℳ_n(ℝ)) sont stables par produit. - Soit
r ∈ ℝ_+^∗ tel quer ⩽ ρ . Montrer que l'application𝒟_ρ(ℝ) → 𝒟_r(ℝ) qui à une fonctionf associe sa restriction àU_r est injective.
4. Soit
5. Soit
6. Soit
On écrit à présent
6b. Uniquement dans cette sous-question, on suppose qu'il existe
On écrit
6c. Montrer qu'il existe
6d. Montrer que
7. Montrer que
Deuxième partie
- Soient
n, m ∈ ℕ et soientr, s ∈ ℝ_+^∗, r < ρ .
8b. Montrer que si
- Soient
A, B ∈ 𝒟_ρ(ℝ_n[X]) . On suppose queB est unitaire de degréd ⩽ n .
On se propose à présent de démontrer le théorème suivant.
Théorème 1. Soit
On suppose dans un premier temps que
10. Soit
On se donne de plus
- Montrer que l'on peut choisir
r ets de sorte queα_0 + 2ε_0 ⩽ 1/3 etβ_0 + ε_0 ⩽ 1/3 .
12. Vérifier que, pour tout
- Montrer que, pour tout
i ∈ ℕ , on aα_(i + 1) ⩽ α_i + ε_i et siα_(i + 1) < 1 alors :
- En déduire que, pour tout
i ∈ ℕ , on a :
-
α_i ⩽ α_0 + 2 ⋅ (1 − 2^(− i)) ⋅ ε_0 , -
β_i ⩽ β_0 + (1 − 2^(− i)) ⋅ ε_0 , -
ε_i ⩽ 2^(− i) ⋅ ε_0 .
16. Démontrer le théorème 1 .
17. Soit
Troisième partie
Le but de cette partie est de démontrer le théorème suivant.
Théorème 2. Soit
18. Montrer que
19. Uniquement dans cette question, on suppose que
Pour
20. Montrer qu'il existe deux matrices
-
im(B_0 U) = im(B_0) , -
im(A_0 V) = im(A_0) et - la matrice par blocs
(B_0 U|A_0 V) est inversible.
21. Montrer qu'il existe
22. On considère un nombre réel
-
im(B_a U) = im(B_a) = ker(A_a) et -
im(A_a V) = im(A_a) = ker(B_a) .
(On pourra commencer par montrer les inclusions de la gauche vers la droite, puis utiliser un argument de dimensions.)
- Montrer que
Q^(− 1) ⋅ M ⋅ Q = Diag(M_1, M_2) avecM_1 ∈ 𝒟_(ρ_2)(ℳ_d(ℝ)), M_2 ∈ 𝒟_(ρ_2)(ℳ_(n − d)(ℝ)) . - Montrer que, pour tout
a ∈ U_(ρ_2) , la somme directe de la question 22a est orthogonale pour le produit scalaire usuel surℝ^n . - Montrer qu'il existe
ρ_3 ∈ ℝ_+^∗ tel queρ_3 ⩽ ρ_2 et des matricesR_1 ∈ GL_d(𝒟_(ρ_3)(ℝ)), R_2 ∈ GL_(n − d)(𝒟_(ρ_3)(ℝ)) telles que la matriceQ ⋅ Diag(R_1, R_2) soit orthogonale. (On pourra utiliser le résultat de la question17 .) - Démontrer le théorème 2 .
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet X-ENS Maths B MP-MPI 2023 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet X-ENS Maths B MP-MPI 2023 ?
Il mobilise les séries entières, le produit de Cauchy, les espaces vectoriels normés, les polynômes et la division euclidienne, puis la réduction des matrices symétriques et le procédé de Gram-Schmidt.
Quelle est la moyenne de l'épreuve X Maths B MP 2023 ?
Le rapport indique une moyenne de 9.25 et un écart-type de 3.85 sur 1859 copies en MP. En MPI, la moyenne est de 9.21 et l'écart-type de 4.04 sur 251 copies.
Quelles erreurs le jury a-t-il relevées au X-ENS Maths B MP-MPI 2023 ?
L'oubli de la convergence absolue pour le produit de Cauchy, une convergence uniforme mal rédigée, l'usage de la réciproque du critère de d'Alembert et la confusion entre fonction non nulle et fonction qui ne s'annule pas.
Où les candidats se sont-ils arrêtés au X Maths B MP-MPI 2023 ?
Selon le jury, la question 13, assez technique, a arrêté une grande majorité des candidats. La troisième partie a des taux de réussite très faibles.
Pas de description pour le moment
