\documentclass[10pt]{article} \usepackage[french]{babel} \usepackage[utf8]{inputenc} \usepackage[T1]{fontenc} \usepackage{amsmath} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage[version=4]{mhchem} \usepackage{stmaryrd} \usepackage{bbold} \title{Programme ESC d'E.M.LYON \\ CONCOURS D'ENTRÉE 2002 } \author{} \date{} \begin{document} \maketitle \section*{MATHEMATIQUES \\ 1ère épreuve (option économique) } Lundi 29 avril 2002 de 8 heures à 12 heures\\ Les candidats ne doivent faire usage d'aucun document; l'utilisation de toute calculatrice et de tout matériel électronique est interdite.\\ Seule l'utilisation d'une règle graduée est autorisée. \section*{EXERCICE 1} On considère les deux matrices carrées réelles d'ordre quatre suivantes : \[ I=\left(\begin{array}{llll} 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{array}\right), \quad K=\left(\begin{array}{rrrr} 1 & 1 & -1 & -3 \\ 1 & 1 & 1 & -2 \\ 0 & -1 & 0 & 1 \\ 1 & 1 & 0 & -2 \end{array}\right) . \] Les questions 2 et 3 sont indépendantes entre elles. \begin{enumerate} \item a. Calculer \(K^{-2}\).\\ b. En déduire que la matrice \(K\) est inversible et déterminer \(K^{-1}\).\\ c. Montrer que la matrice \(K^{\prime}\) n'admet aucune valeur propre réelle. \item Soient \(a\) et \(b\) deux nombres réels. On note \(M\) la matrice définie par \(M=a I+b K\).\\ a. Montrer: \(M^{2}=-\left(a^{2}+b^{2}\right) I+2 a M\).\\ b. En déduire que, si \((a, b) \neq(0,0)\), alors la matrice \(M\) est inversible, et exprimer son inverse comme combinaison linéaire de \(I\) et \(M\).\\ c. Application : donner linverse de la matrice \end{enumerate} \[ \left(\begin{array}{cccc} 1+\sqrt{2} & 1 & -1 & -3 \\ 1 & 1+\sqrt{2} & 1 & -2 \\ 0 & -1 & \sqrt{2} & 1 \\ 1 & 1 & 0 & -2+\sqrt{2} \end{array}\right) \] \begin{enumerate} \setcounter{enumi}{2} \item On note \(\mathcal{B}=\left(e_{1}, e_{2}, e_{3}, e_{4}\right)\) la base canonique de \(\mathbb{R}^{4}\), et \(f\) l'endomorphisme de \(\mathbb{R}^{4}\) associé à la matrice \(K\) relativement à la base \(\mathcal{B}\). On considère les quatre éléments suivants de \(\mathbb{R}^{4}\) : \end{enumerate} \[ v_{1}=e_{1}, \quad v_{2}=f\left(e_{1}\right), \quad v_{3}=e_{3}, \quad v_{4}=f\left(e_{3}\right) \] a. Montrer que la famille \(e=\left(v_{1}, v_{2}, v_{3}, v_{4}\right)\) est une base de \(\mathbb{R}^{4}\).\\ b. Exprimer \(f\left(v_{1}\right), f\left(v_{2}\right), f\left(v_{3}\right), f\left(v_{4}\right)\) en fonction de \(v_{1}, v_{2}, v_{3}, v_{4}\) et en déduire la matrice \(K^{\prime}\) associée à \(f\) relativement à la base \(C\).\\ c. Déterminer la matrice de passage \(P\) de la base \(\mathcal{B}\) à la base \(\mathcal{C}\).\\ d. Rappeler l'expression de \(K^{-1}\) en fonction de \(K^{\prime}, P\) et \(P^{-1}\). \section*{EXERCICE 2} On considère, pour tout \(n \in \mathbb{N}^{*}\), la fonction polynomiale \(P_{n}:[0 ;+\infty[\longrightarrow \mathbb{R}\) définie, pour tout \(x \in[0 ;+\infty[\), par : \[ P_{n}(x)=\sum_{k=1}^{2 n} \frac{(-1)^{k} x^{k}}{k}=-x+\frac{x^{2}}{2}+\cdots+\frac{-x^{2 n-1}}{2 n-1}+\frac{x^{2 n}}{2 n} \] \section*{I. Étude des fonctions polynomiales \(P_{n}\)} \begin{enumerate} \item Montrer, pour tout \(n \in \mathbb{N}^{*}\) et tout \(x \in[0 ;+\infty[\) : \end{enumerate} \[ P_{n}^{\prime}(x)=\frac{x^{2 n}-1}{x+1}, \text { où } P_{n}^{\prime} \text { désigne la dérivée de } P_{n} . \] \begin{enumerate} \setcounter{enumi}{1} \item Étudier, pour \(n \in \mathbb{N}^{*}\), les variations de \(P_{n}\) sur \([0 ;+\infty[\) et dresser le tableau de variations de \(P_{n}\). \item Montrer, pour tout \(n \in \mathbb{N}^{*}: P_{n}(1)<0\). \item a. Vérifier, pour tout \(n \in \mathbb{N}^{*}\) et tout \(x \in[0 ;+\infty[\) : \end{enumerate} \[ P_{n+1}(x)=P_{n}(x)+x^{2 n+1}\left(-\frac{1}{2 n+1}+\frac{x}{2 n+2}\right) . \] b. En déduire, pour tout \(n \in \mathbb{N}^{*}: P_{n}(2) \geqslant 0\).\\ 5. Montrer que, pour tout \(n \in \mathbb{N}^{*}\), l'équation \(P_{n}(x)=0\), d'inconnue \(x \in[1 ;+\infty[\), admet une solution et une seule, notée \(x_{n}\), et que: \[ 1