\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{mathrsfs} \usepackage{bbold} \author{Code sujet\\ OPTION ECONOMIQUE\\ 293\\ ESC\\ \(\_\_\_\_\) MATE} \date{} \begin{document} \maketitle \section*{Concepteur Epreuves ESC : ESC CHAMBERY} \section*{MATHEMATIQUES} Mercredi 14 mai 2008, de 14 h. à 18 h.\\ N.B. Il n'est fait 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 \(\mathscr{B C}\) la base canonique de \(\mathbb{R}^{3}\) et on définit les matrices: \[ I=\left(\begin{array}{lll} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{array}\right), \quad N=\left(\begin{array}{lll} 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{array}\right), \quad P_{y}=\left(\begin{array}{lll} 0 & 2 & 1 \\ 4 & 0 & y \\ 4 & 2 & 0 \end{array}\right) \quad, \quad A=\left(\begin{array}{ccc} 3 & 1 & -1 \\ 1 & 1 & 1 \\ 2 & 0 & 2 \end{array}\right) . \] On note \(f\) l'endomorphisme de \(\mathbb{R}^{3}\) de matrice \(A\) dans la base canonique \(\mathfrak{B C}\).\\ On note id l'endomorphisme de \(\mathbb{R}^{3}\) de matrice \(I\) dans la base canonique \(\mathscr{B C}\). \begin{enumerate} \item (a) Calculer \((A-2 I)^{2}\) puis vérifier que \((A-2 I)^{3}=O_{3}\) (matrice nulle de \(\boldsymbol{M}_{3}(\mathbb{R})\) ).\\ (b) En déduire que le réel 2 est l'unique valeur propre de \(A\) et déterminer une base et la dimension du sous-espace propre de \(A\) associé à la valeur propre 2. \item Montrer par une méthode du pivot que \(P_{y}\) est inversible si et seulement si \(y \neq-1\). \item On note dans toute la suite les vecteurs : \(u_{1}=(0,4,4)\) et \(u_{2}=(2,0,2)\).\\ (a) Déterminer l'unique vecteur \(u_{3}\) de la forme \(u_{3}=(1, y, 0)\) tel que : \(f\left(u_{3}\right)=u_{2}+2 u_{3}\).\\ (b) Donner la matrice de passage \(P\) de la base \(\mathfrak{B C}\) à la famille \(\mathfrak{B}^{\prime}=\left(u_{1}, u_{2}, u_{3}\right)\). Montrer à l'aide de la question 2 que \(P\) est inversible puis justifier que la famille \(\boldsymbol{B}^{\prime}\) est une base de \(\mathbb{R}^{3}\).\\ (c) Exprimer \(f\left(u_{1}\right)\) en fonction de \(u_{1}\), puis \(f\left(u_{2}\right)\) en fonction de \(u_{1}\) et \(u_{2}\). \end{enumerate} En déduire que la matrice \(T\) de l'endomorphisme \(f\) dans la base \(\mathscr{B}^{\prime}\) est \(T=2 I+N\).\\ Donner, en la justifiant en une seule ligne, la relation liant les matrices \(A, T, P\) et \(P^{-1}\).\\ On cherche maintenant à déterminer l'ensemble \(S\) des endomorphismes \(h\) de \(\mathbb{R}^{3}\) vérifiant la relation \([\mathbf{R}]\) : \[ [\mathbf{R}]: f \circ h=h \circ f \] \begin{enumerate} \setcounter{enumi}{3} \item (a) On note \(M^{\prime}\) la matrice de l'endomorphisme \(h\) relativement à la base \(\mathscr{B}^{\prime}\). \end{enumerate} Montrer que : \([\mathbf{R}] \Leftrightarrow\left(N M^{\prime}=M^{\prime} N\right)\).\\ (b) En posant \(M^{\prime}=\left(\begin{array}{lll}a & a^{\prime} & a^{\prime \prime} \\ b & b^{\prime} & b^{\prime \prime} \\ c & c^{\prime} & c^{\prime \prime}\end{array}\right)\), montrer que : \([\mathbf{R}] \Leftrightarrow M^{\prime}=\left(\begin{array}{ccc}a & a^{\prime} & a^{\prime \prime} \\ 0 & a & a^{\prime} \\ 0 & 0 & a\end{array}\right)\).\\ (c) Calculer la matrice \(N^{2}\) et en déduire que \(S=\operatorname{Vect}\left(i d, f-2 i d,(f-2 i d)^{2}\right)\).\\ (d) On note \(\boldsymbol{\mathcal { G }}=\left(I, N, N^{2}\right)\). Montrer que \(\boldsymbol{\mathcal { G }}\) est libre et en déduire la dimension de \(S\). On note \(\mathfrak{F}^{\prime}=\left(\right.\) id \(\left., f, f^{2}\right)\). Montrer que \(\mathfrak{F}^{\prime}\) est une base de \(S\). \section*{EXERCICE 2} Soit \(n\) un entier naturel non nul. On considère dans cet exercice une variable aléatoire \(X_{n}\) qui suit la loi normale de paramètres \(m=0\) et \(\sigma^{2}=\frac{1}{n} \cdot\left(\operatorname{loi} \mathcal{N}\left(0, \frac{1}{n}\right)\right)\). \begin{enumerate} \item (a) Justifier que la fonction \(f_{n}\) définie sur \(\mathbb{R}\) par \(f_{n}(t)=\sqrt{\frac{n}{2 \pi}} e^{-\left(\frac{n}{2} t^{2}\right)}\) est une densité de \(X_{n}\).\\ (b) Justifier que \(f_{n}\) est paire.\\ (c) Dans cette question uniquement on considère que \(n=4\), et on donne \(\sqrt{\frac{2}{\pi}} \approx 0,8\). \end{enumerate} Représenter l'allure de la courbe représentative de \(f_{4}\) dans un repère orthonormé et situer les points d'inflexion de cette courbe en donnant leur abscisse ( leur ordonnée vaut environ 0,5 ).\\ (d) Justifier graphiquement l'égalité : \(P\left(X_{n} \leq 0\right)=P\left(X_{n} \geq 0\right)=\frac{1}{2}\). On note \(\Phi\) la fonction de répartition de la loi normale centrée réduite, définie sur \(\mathbb{R}\) par la relation : \[ \Phi(x)=\int_{-\infty}^{x} \frac{1}{\sqrt{2 \pi}} e^{-\frac{1}{2} t^{2}} d t \] On donne en outre la valeur approchée \(\quad \Phi(1) \approx 0,8\).\\ 2. (a) Justifier que \(\Phi(0)=\frac{1}{2}\) puis montrer que pour tout \(x \in \mathbb{R}, \Phi(x)=\frac{1}{2}+\int_{0}^{x} \frac{1}{\sqrt{2 \pi}} e^{-\frac{1}{2} t^{2}} d t\).\\ (b) En déduire que \(\Phi\) est de classe \(C^{1}\) sur \(\mathbb{R}\) et que pour tout \(x \in \mathbb{R}, \Phi^{\prime}(x)=f_{1}(x)\).\\ (c) Justifier que la variable \(\sqrt{n} X_{n}\) suit la loi normale centrée réduite. En déduire : \(P\left(0 \leq X_{n} \leq \frac{1}{\sqrt{n}}\right) \approx 0,3\).\\ On note dans toute la suite \(H\) la fonction définie sur \(\mathbb{R}\) par \(\left\{\begin{array}{l}H(x)=e^{-\frac{1}{x}} \Phi(x) \text { si } x \neq 0 \\ H(0)=0\end{array}\right.\)\\ 3. (a) Etablir les résultats suivants : \[ \lim _{\substack{x \rightarrow 0 \\>}} H(x)=0, \lim _{\substack{x \rightarrow 0 \\<}} H(x)=+\infty, \lim _{x \rightarrow+\infty} H(x)=1, \lim _{x \rightarrow-\infty} H(x)=0 . \] (b) Justifier que \(H\) est de classe \(C^{1}\) sur \(\mathbb{R}^{*}\) et que \(H\) est continue à droite en 0.\\ (c) Montrer que pour tout réel \(x>0, H^{\prime}(x)=\frac{1}{x^{2}} e^{-\frac{1}{x}} \Phi(x)+\frac{1}{\sqrt{2 \pi}} e^{-\frac{1}{x}-\frac{1}{2} x^{2}}\). Justifier \(\lim _{\substack{x \rightarrow 0 \\>}} \frac{1}{x^{2}} e^{-\frac{1}{x}}=0\).\\ En déduire que \(H\) est dérivable à droite en 0 et que \(H_{d}^{\prime}(0)=0\).\\ (d) Etudier les variations de \(H\) et tracer l'allure de la courbe de \(H\) dans un repère orthonormé.\\ (On fera apparaître les caractéristiques étudiées, et on utilisera \(H(1) \approx 0,3\) ) \section*{EXERCICE 3} \section*{Les parties \(\mathbf{A}\) et \(\mathbf{B}\) sont indépendantes .} Un joueur A dispose d'une pièce qui a la propriété de faire PILE avec la probabilité \(\frac{1}{3}\).\\ Un joueur B dispose d'une pièce qui a la propriété de faire PILE avec la probabilité \(p \in] 0 ; 1[\).\\ Les résultats des lancers de ces pièces seront toujours supposés indépendants. \section*{PARTIE A} Dans cette partie on effectue le jeu suivant :\\ Les joueurs A et B lancent leur pièce simultanément jusqu'à ce qu'au moins une des deux pièces donne PILE.\\ Si A et B font PILE simultanément, le jeu s'arrête sans que personne n'ait gagné d'argent.\\ Sinon, le premier à obtenir PILE s'arrête et l'autre continue ses lancers jusqu'à obtenir PILE également et paye un euro à son adversaire à chacun des lancers de cette série " en solitaire " . Par exemple si A a obtenu PILE pour la première fois à son \(7^{\circ}\) lancer et si B a obtenu PILE pour la première fois à son \(11^{\circ}\) lancer, c'est B qui doit payer à A la somme de 4 euros. On note \(X\) la variable aléatoire réelle égale au nombre de lancers effectués par le joueur A, \(Y\) la variable aléatoire réelle égale au nombre de lancers effectués par le joueur B et \(Z=Y-X\). \begin{enumerate} \item Justifier que les variables \(X\) et \(Y\) suivent des lois géométriques dont on donnera le paramètre . \end{enumerate} Préciser \(X(\Omega), Y(\Omega)\) et les valeurs de \(P(X=k), P(Y=k), E(X), E(Y), V(X), V(Y)\).\\ 2. (a) Montrer que \(E(Z)=\frac{1-3 p}{p}\) et \(V(Z)=\frac{6 p^{2}-p+1}{p^{2}}\).\\ (b) Montrer que \(\sum_{k=1}^{+\infty} P(X=k) P(Y=k)=\frac{p}{1+2 p}\) et en déduire \(P(Z=0)\).\\ (c) Soit \(n \in N^{*}\). Montrer que \(P(Z=n)=\frac{p}{1+2 p}(1-p)^{n}\) et en déduire \(P(Z>0)\). En déduire \(P(Z<0)\) puis interpréter les événements \((Z=0),(Z>0),(Z<0)\). \section*{PARTIE B} On veut d'abord programmer en Turbo-Pascal le lancer simultané des deux pièces par les joueurs A et B . \begin{enumerate} \item En utilisant la fonction random, recopier et compléter la fonction suivante pour qu'elle simule ce lancer simultané et renvoie 0 si les résultats de A et B sont identiques et 1 s'ils sont différents. \end{enumerate} \begin{verbatim} function lancer(p : real): integer; var A,B:char; begin if ( ............................... ) then A:= 'P' else A:= 'F'; if ( ............................... ) ) then B:= 'P' else B:= 'F'; if ( .............................. ) then lancer := 0 else lancer := 1; end; \end{verbatim} \begin{enumerate} \setcounter{enumi}{1} \item Montrer que la probabilité que les lancers de A et B soient différents est \(\frac{1+p}{3}\). \end{enumerate} On procède alors au jeu suivant : ( \(N\) est un entier naturel fixé non nul ).\\ Les joueurs A et B lancent leur pièce simultanément \(N\) fois de suite\\ Le joueur B paye un euro à A à chaque fois que les pièces n'affichent pas le même résultat.\\ On note \(H_{N}\) la variable aléatoire égale à la somme payée par le joueur B au joueur A .\\ 3. Justifier que \(H_{N}\) suit une loi classique que l'on détaillera.\\ 4. Montrer que \(\left(\frac{3 H_{N}}{N}-1\right)\) est un estimateur sans biais du réel \(p\) et déterminer son risque quadratique. \end{document}