X ENS Mathématiques PSI 2025Sujet, corrigé et rapport du jury
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Présentation du sujet
DifficileÉtude de l'algorithme de descente de gradient et de ses variantesAfficher ou masquer la section
Présentation du sujet
DifficileLe sujet étudie et établit des propriétés de convergence de l'algorithme de descente de gradient, utilisé notamment en intelligence artificielle. Après des préliminaires établissant l'existence d'un minimiseur, il montre la convergence rapide sous hypothèses fortes, puis affaiblit ces hypothèses, étudie la descente de gradient proximale qui se passe de la dérivabilité, et termine en dimension quelconque avec la variante projetée sur la boule unité. Le sujet se limite pour l'essentiel à la dimension 1, sauf dans la dernière partie.
- 1Partie I : préliminairesÉtablissement de l'existence d'un minimiseur et d'une première propriété des itérées de la descente de gradient.
- 2Partie II : convergence rapide, sous des hypothèses fortesÉtude de la convergence géométrique de la suite des itérées vers un minimiseur, sous hypothèses fortes.
- 3Partie III : convergence lente, sous des hypothèses faiblesÉtude de la convergence, a priori plus lente, des itérées vers un minimiseur a priori non unique, en affaiblissant les hypothèses.
- 4Partie IV : descente de gradient proximaleÉtude d'une généralisation de l'algorithme qui se passe de l'hypothèse de dérivabilité, avec un lien vers la descente de gradient implicite.
- 5Partie V : optimisation sur la boule unitéÉtude de la variante projetée de l'algorithme, en dimension quelconque, pour minimiser une fonction restreinte à la boule unité.
Difficile. Le rapport indique que le sujet était très long avec de nombreuses questions à priori simples mais demandant de la précision dans les arguments, et que le reste du sujet après la question 33 n'a presque pas été abordé par les candidats.
L'épreuve en chiffres
Moyenne 9,96 / 20 · écart-type 3,37 · où vous situez-vous ?Afficher ou masquer la section
L'épreuve en chiffres
- Moyenne
- 9,96/ 20
- Écart-type
- 3,37
- Coefficient
- 10
- Durée
- 4 h
Votre note sur 20 à ce sujet, en conditions de concours.
Source : document officiel du concours, épreuve du 14 avril 2025. Notes publiées par le concours (après harmonisation le cas échéant). Courbe : estimation par une loi normale.
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesArguments flous sur le caractère borné · Convexité forte confondue avec convexité · Distinction des cas selon la position initiale non maîtriséeAfficher ou masquer la section
Ce qu'a observé le jury
6 erreurs relevéesLe jury note que le sujet était très long, avec de nombreuses questions a priori simples mais exigeant de la précision dans les arguments. Il a utilisé toute l'échelle des notes de 0 à 20, sans anomalie statistique ni phénomène de concentration ou de discontinuité, pour une moyenne de 9,96 et un écart type de 3,37.
Les erreurs les plus sanctionnées
- 1Arguments flous sur le caractère bornéQ1-a
À la question 1-a, les arguments ont souvent été flous pour montrer le caractère borné de la suite.
- 2Convexité forte confondue avec convexitéQ7
Des copies présentent des calculs sans justification, notamment sur le fait qu'une fonction alpha-convexe implique la convexité, question très rarement bien traitée.
« La question n'a été que très rarement bien traitée »
- 3Distinction des cas selon la position initiale non maîtriséeQ11
Il s'agissait de distinguer les situations selon que x0 est négatif, supérieur à 1/tau, ou entre les deux, mais très peu de copies ont su le faire.
- 4Développements limités sans petit oQ12-a
Le jury signale une attention à porter aux développements limités écrits sans le symbole petit o.
- 5Minimum affirmé sans utiliser la convexitéQ18-c
De nombreux candidats ont affirmé que si f' s'annule en un point a, alors a est nécessairement un minimum, sans utiliser la convexité de f.
- 6Tableau de variations insuffisamment détailléQ22-a
Il s'agissait de faire un tableau des variations suffisamment détaillé de F_x0, ce qui n'a presque jamais été fait correctement.
Ce qui a été bien réussi
- Les questions élémentaires 3-4 et 8-9 ont été bien traitées.
- La décroissance demandée à la question 10-a est en général bien démontrée, et la construction d'un intervalle stable est en général bien exhibée.
- Les questions 22b et 23 ont été bien traitées quand elles étaient abordées.
Conseils du jury
- Soigner la précision des arguments même sur des questions qui semblent simples, en particulier pour les questions de convexité et de continuité.
- Ne pas hésiter à admettre le résultat d'une question pour répondre aux suivantes, comme le permettait l'énoncé.
- Invoquer explicitement les théorèmes utilisés (bornes atteintes, Cauchy-Schwarz) en précisant comment ils s'appliquent.
- Détailler les tableaux de variations et les calculs de limites plutôt que de les esquisser.
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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08h00-12h00
FILIERE PSI - Epreuve n
MATHEMATIQUES (XUSR)
L'utilisation des calculatrices n'est pas autorisée pour cette épreuve
Le sujet comprend 7 pages numérotées de 1 à 7 .
Début de l'épreuve
Notations
Objectif de l'énoncé
A l'exception des préliminaires, toutes les parties sont indépendantes. Ne pas hésiter à admettre le résultat d'une question pour répondre aux suivantes.
Partie I: Préliminaires
- Soit
f ∈ C(ℝ) telle que
b) En déduire qu'il existe
2. On suppose dans cette question que
a) Montrer que pour tous
Partie II: Convergence rapide, sous des hypothèses fortes
3. Dans cette question seulement, on pose
a) Montrer que
b) On suppose
- Justifier que
f^′(x) − αx est une fonction croissante dex ∈ ℝ . En déduire queα ≤ L . - Montrer que
f(x) ≥ f(0) + f^′(0)x + αx^2/2 pour toutx ∈ ℝ . En déduire quef admet un minimiseur surℝ .
6. Montrer que pour tous
- En déduire que pour tous
x, y ∈ ℝ , en notantx~:=x − τf^′(x) ety~:=y − τf^′(y) , on a
- On suppose
0 < τ < 2/L . Montrer que|x_n − x_∗| ≤ ρ^n|x_0 − x_∗| , oùρ est une constante que l'on précisera, et telle que0 ≤ ρ < 1 .
Partie III: Convergence lente, sous des hypothèses faibles
- Justifier que
f ∈ C^1(ℝ) et quef est convexe. Donner l'ensemble de ses minimiseurs. - On suppose dans cette question que
0 < x_0 < 1/τ .
a) Justifier que la suite(x_n)_(n ∈ ℕ) , définie par la relation de récurrence (2), est décroissante, à valeurs strictement positives, et satisfaitx_(n + 1) = x_n(1 − τx_n) pour toutn ∈ ℕ .
b) Justifier quex_n → 0 lorsquen → ∞ .
c) Montrer que1/x_(n + 1) = 1/x_n + τ/(1 − τx_n) pour toutn ∈ ℕ . En déduire quex_n ≤ x_0/(1 + nτx_0) . - On suppose seulement
τ > 0 . Montrer que pour toutx_0 ∈ ℝ , la suite(x_n)_(n ∈ ℕ) converge vers un minimiseur def .
12. a) Montrer que pour tous
b) Montrer que pour tous
13. Montrer que
14. Montrer que pour tout
15. Soit
Indication : adapter le raisonnement de la question 10.c)
16. Etablir une majoration de la suite de terme général
17. Montrer que
18. a) Montrer que la suite
b) Montrer que
c) En déduire que
Partie IV: Descente de gradient proximale
19. Montrer que la fonction
Indication: On pourra considérer des minimiseurs
- Montrer que
x_0 ∈ ℝ est un minimiseur def si et seulement sip_f(x_0) = x_0 .
21. Dans cette question seulement, on suppose que
22. Dans cette question seulement, on pose
a) Montrer que
23. Montrer que
24. Montrer que pout tous
25. Soient
- Montrer que le membre de droite dans l'inégalité (6) admet le développement limité
2tv(x~ − x + y − y~) + o(t) lorsquet → 0 . - On choisit
v:=y~ − x~ dans l'inégalité (6). Montrer que le membre de gauche est positif pour toutt ∈ [0, 1] . En déduire que
- Montrer que
|p_f(x) − p_f(y)| ≤ |x − y| pour tousx, y ∈ ℝ . En déduire que la suite(|x_n − x_∗|)_(n ∈ ℕ) est décroissante.
29. Montrer que
30. Conclure que
Partie V: Optimisation sur la boule unité
31. Montrer que
32. On suppose dans cette question que
33. On suppose dans cette question que
b) On suppose par l'absurde que (7) n'est pas satisfaite. Montrer qu'il existe
Indication : considérer les quantités
Dans la suite de cette section,
On définit la fonction
- Montrer que
∇f(x) = − Mx , pour toutx ∈ ℝ^d . - Décrire l'ensemble des minimiseurs de
f surC .
36. On suppose dans cette question que
a) Montrer que
37. Comment la suite se comporte-t-elle lorsque
38. Montrer qu'il existe un hyperplan
Fin du sujet
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet de maths PSI X-ENS 2025 ?Afficher ou masquer la section
Questions fréquentes
4 questionsSur quels chapitres porte le sujet de maths PSI X-ENS 2025 ?
Le sujet porte sur l'algorithme de descente de gradient : convexité, suites récurrentes, développements limités, théorème des bornes atteintes et inégalité de Cauchy-Schwarz, avec une dernière partie en dimension quelconque sur la boule unité.
Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées sur maths X-ENS PSI 2025 ?
Le jury relève des arguments flous sur le caractère borné, une confusion entre convexité forte et convexité simple, des distinctions de cas mal maîtrisées, et des tableaux de variations insuffisamment détaillés.
Le sujet de maths X-ENS PSI 2025 est-il difficile ?
Oui, le rapport indique un sujet très long avec des questions a priori simples mais exigeant de la précision, et note que la fin du sujet, après la question 33, n'a presque pas été abordée par les candidats.
Quelle est la moyenne au sujet de maths PSI X-ENS 2025 ?
La moyenne était de 9,96 avec un écart type de 3,37, sur une échelle de notes allant de 0 à 20, selon le rapport du jury.
Pas de description pour le moment
