\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} \begin{document} BANQUE COMMUNE D'ÉPREUVES EML \(\_\_\_\_\) MATE \section*{Concepteur : EMLYON Business School} \section*{Première épreuve (option économique) MATHÉMATIQUES} \section*{Lundi 27 avril 2009 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 note \(f: \mathbb{R} \longrightarrow \mathbb{R}\) l'application définie, pour tout \(x \in \mathbb{R}\), par : \[ f(x)=\left\{\begin{array}{cc} \frac{x}{\mathrm{e}^{x}-1} & \text { si } x \neq 0 \\ 1 & \text { si } x=0 . \end{array}\right. \] \section*{Partie I : Étude d'une fonction} \begin{enumerate} \item a. Montrer que \(f\) est continue sur \(\mathbb{R}\).\\ b. Justifier que \(f\) est de classe \(C^{1}\) sur \(]-\infty ; 0[\) et sur \(] 0 ;+\infty\left[\right.\), et calculer \(f^{\prime}(x)\) pour tout \(x \in]-\infty ; 0[\cup] 0 ;+\infty[\).\\ c. Montrer : \end{enumerate} \[ f^{\prime}(x) \underset{x \longrightarrow 0}{\longrightarrow}-\frac{1}{2} \] d. Établir que \(f\) est de classe \(C^{1}\) sur \(\mathbb{R}\) et préciser \(f^{\prime}(0)\).\\ 2. a. Étudier les variations de l'application \(u: \mathbb{R} \longrightarrow \mathbb{R}\), définie, pour tout \(x \in \mathbb{R}\), par: \[ u(x)=(1-x) \mathrm{e}^{x}-1 . \] b. Montrer : \[ \forall x \in \mathbb{R}, \quad f^{\prime}(x)<0 . \] c. Déterminer les limites de \(f\) en \(-\infty\) et en \(+\infty\). Dresser le tableau des variations de \(f\).\\ d. Montrer que la courbe représentative de \(f\) admet une droite asymptote, lorsque la variable tend vers \(-\infty\).\\ e. Tracer l'allure de la courbe représentative de \(f\). \section*{Partie II : Étude d'une suite récurrente associée à la fonction \(f\)} On considère la suite \(\left(u_{n}\right)_{n \in \mathbb{N}}\) définie par \(u_{0}=1\) et, pour tout \(n \in \mathbb{N}, u_{n+1}=f\left(u_{n}\right)\). \begin{enumerate} \item Montrer que \(f\) admet un point fixe et un seul, noté \(\alpha\), que l'on calculera. \item a. Établir : \(\quad \forall x \in\left[0 ;+\infty\left[, \quad \mathrm{e}^{2 x}-2 x \mathrm{e}^{x}-1 \geqslant 0\right.\right.\).\\ b. Montrer : \end{enumerate} \[ \forall x \in] 0 ;+\infty\left[, \quad f^{\prime}(x)+\frac{1}{2}=\frac{\mathrm{e}^{2 x}-2 x \mathrm{e}^{x}-1}{2\left(\mathrm{e}^{x}-1\right)^{2}}\right. \] c. Montrer : \[ \forall x \in\left[0 ;+\infty\left[, \quad-\frac{1}{2} \leqslant f^{\prime}(x)<0\right.\right. \] d. Établir : \[ \forall n \in \mathbb{N}, \quad\left|u_{n+1}-\alpha\right| \leqslant \frac{1}{2}\left|u_{n}-\alpha\right| \] \begin{enumerate} \setcounter{enumi}{2} \item En déduire : \end{enumerate} \[ \forall n \in \mathbb{N}, \quad\left|u_{n}-\alpha\right| \leqslant \frac{1}{2^{n}}(1-\alpha) \] \begin{enumerate} \setcounter{enumi}{3} \item Conclure que la suite \(\left(u_{n}\right)_{n \in \mathbb{N}}\) converge vers \(\alpha\). \item Écrire un programme en Turbo-Pascal qui calcule et affiche le plus petit entier naturel \(n\) tel que \(\left|u_{n}-\alpha\right|<10^{-9}\). \end{enumerate} \section*{Partie III : Étude d'une fonction définie par une intégrale} On note \(G: \mathbb{R} \longrightarrow \mathbb{R}\) l'application définie, pour tout \(x \in \mathbb{R}\), par : \[ G(x)=\int_{x}^{2 x} f(t) \mathrm{d} t \] \begin{enumerate} \item Montrer que \(G\) est de classe \(C^{1}\) sur \(\mathbb{R}\) et que, pour tout \(x \in \mathbb{R}\) : \end{enumerate} \[ G^{\prime}(x)=\left\{\begin{array}{cc} \frac{x\left(3-\mathrm{e}^{x}\right)}{\mathrm{e}^{2 x}-1} & \text { si } x \neq 0 \\ 1 & \text { si } x=0 \end{array}\right. \] \begin{enumerate} \setcounter{enumi}{1} \item a. Montrer : \end{enumerate} \[ \forall x \in[0 ;+\infty[, \quad 0 \leqslant G(x) \leqslant x f(x) \] En déduire la limite de \(G\) en \(+\infty\).\\ b. Montrer : \[ \forall x \in]-\infty ; 0], \quad G(x) \leqslant x f(x) \] En déduire la limite de \(G\) en \(-\infty\).\\ 3. Dresser le tableau des variations de \(G\). On n'essaiera pas de calculer \(G(\ln 3)\). \section*{Exercice 2} On considère les matrices carrées d'ordre trois : \(A=\left(\begin{array}{lll}0 & 1 & 3 \\ 0 & 1 & 3 \\ 0 & 0 & 4\end{array}\right)\) et \(D=\left(\begin{array}{lll}0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 4\end{array}\right)\). \section*{Partie I: Réduction de \(A\)} \begin{enumerate} \item Est-ce que \(A\) est inversible ? \item Déterminer les valeurs propres de \(A\). \end{enumerate} Justifier, sans calcul, que \(A\) est diagonalisable.\\ 3. Déterminer une matrice carrée \(P\) d'ordre trois, inversible, dont tous les termes diagonaux sont égaux à 1 , telle que \(A=P D P^{-1}\) et calculer \(P^{-1}\). \section*{Partie II : Résolution de l'équation \(M^{2}=A\)} On se propose de résoudre l'équation (1) : \(M^{2}=A\), d'inconnue \(M\), matrice carrée d'ordre trois. Soit \(M\) une matrice carrée d'ordre trois. On note \(N=P^{-1} M P\). (La matrice \(P\) a été définie en I.3.) \begin{enumerate} \item Montrer : \(M^{2}=A \Longleftrightarrow N^{2}=D\). \item Établir que, si \(N^{2}=D\), alors \(N D=D N\). \item En déduire que, si \(N^{2}=D\), alors \(N\) est diagonale. \item Déterminer toutes les matrices diagonales \(N\) telles que \(N^{2}=D\). \item En déduire la solution \(B\) de l'équation (1) dont toutes les valeurs propres sont positives ou nulles. \end{enumerate} \section*{Partie III : Intervention d'un polynôme} \begin{enumerate} \item Montrer qu'il existe un polynôme \(Q\) de degré deux, et un seul, que l'on calculera, tel que : \end{enumerate} \[ Q(0)=0, \quad Q(1)=1, \quad Q(4)=2 . \] \begin{enumerate} \setcounter{enumi}{1} \item En déduire : \(-\frac{1}{6} A^{2}+\frac{7}{6} A=B\). (La matrice \(B\) a été définie en II.5.) \item Montrer, pour toute matrice carrée \(F\) d'ordre trois : \end{enumerate} \[ A F=F A \Longleftrightarrow B F=F B . \] \section*{Exercice 3} Une urne contient des boules blanches et des boules noires. La proportion de boules blanches est \(p\) et la proportion de boules noires est \(q\).\\ Ainsi, on a : \(0