\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} \section*{E.S.C.P Eco III 2000 Maths 3} \section*{Exercice 1} Dans tout l'exercice, \(\alpha\) désigne un paramètre réel. On considère la matrice \[ A_{\alpha}=\left(\begin{array}{ccc} -1 & 2-\alpha & -\alpha \\ -\alpha & 1 & -\alpha \\ 2 & \alpha-2 & \alpha+1 \end{array}\right) \] et on note \(\phi_{\alpha}\) l'endomorphisme de \(\mathbb{R}^{3}\) représenté par \(A_{\alpha}\) dans la base canonique de \(\mathbb{R}^{3}\). \begin{enumerate} \item a) Montrer que, quelque soit \(\alpha\), l'endomorphisme \(\phi_{\alpha}\) admet la valeur propre 1 .\\ b) On note \(E_{1}(\alpha)\) le sous espace propre de \(\phi_{\alpha}\) associé à la valeur propre 1 . Déterminer, suivant les valeurs de \(\alpha\), une base de \(E_{1}(\alpha)\). \item On considère les vecteurs \end{enumerate} \[ f_{1}=(1,1,-1) \quad \text { et } \quad f_{2}=(1,1,-2) \] et on note \(F_{1}\) le sous espace de \(\mathbb{R}^{3}\) engendré par \(f_{1}\) et \(f_{2}\).\\ a) Montrer que ( \(f_{1}, f_{2}\) ) est une base de \(F_{1}\).\\ b) Montrer que l'image par \(\phi_{\alpha}\) de tout vecteur de \(F_{1}\) appartient à \(F_{1}\).\\ c) Soit \(\widehat{\phi_{\alpha}}\) l'endomorphisme de \(F_{1}\) induit par \(\phi_{\alpha}\), c'est à dire vérifiant, pour tout vecteur \(V\) de \(F_{1}, \widehat{\phi_{\alpha}}(V)=\phi_{\alpha}(V)\).\\ Donner la matrice de \(\widehat{\phi_{\alpha}}\) dans la base \(\left(f_{1}, f_{2}\right)\) de \(F_{1}\).\\ 3. Montrer que, pour tout réel \(\alpha\), l'endomorphisme \(\phi_{\alpha}\) admet la valeur propre \(\alpha-1\) et que l'on peut trouver un vecteur \(f_{3}\) de \(\mathbb{R}^{3}\) ne dépendant pas de \(\alpha\), qui soit, pour tout réel \(\alpha\), vecteur propre de \(\phi_{\alpha}\) associé à la valeur propre \(\alpha-1\).\\ 4. a) Montrer que ( \(f_{1}, f_{2}, f_{3}\) ) est une base de \(\mathbb{R}^{3}\). Donner la matrice de \(\phi_{\alpha}\) dans cette base.\\ b) Pour quelles valeurs du paramètre \(\alpha\) l'endomorphisme \(\phi_{\alpha}\) est-il diagonalisable ? \section*{Exercice 2} \section*{I. Etude d'une suite vérifiant une relation de récurrence linéaire} Etant donné un paramètre réel \(\alpha>0\), on note \(\mathcal{E}\) l'espace vectoriel des suites \(U=\left(u_{n}\right)_{n \geq 0}\) de réels qui vérifient, pour tout \(n\) positif, la relation \[ u_{n+2}=\alpha\left(u_{n+1}+u_{n}\right) \] \begin{enumerate} \item Montrer que l'on peut trouver deux réels \(r\) et \(s\), avec \(rn_{0}, u_{n}\) ne s'annule pas et garde un signe constant et que l'on a \end{enumerate} \[ \lim _{n \rightarrow+\infty} \frac{\ln \left|u_{n}\right|}{n}=\ln s \] c) Montrer que si, au contraire, \(u_{1}-u_{0} r\) est nul et si la suite \(\left(u_{n}\right)_{n \geq 0}\) n'est pas identiquement nulle, alors, pour tout entier \(n\) positif, \(u_{n}\) et \(u_{n+1}\) sont de signes contraires. Quel équivalent peut-on donner, dans ce cas, de \(\ln \left|u_{n}\right|\) ?\\ 4. On suppose, dans cette question, que l'on a \(\frac{1}{2}<\alpha\). A quelle condition sur \(u_{0}\) et \(u_{1}\) l'élément \(U=\left(u_{n}\right)_{n \geq 0}\) de \(\mathcal{E}\) est-il une suite bornée? Montrer que les éléments de \(\mathcal{E}\) qui sont des suites bornées forment un sous espace vectoriel de \(\mathcal{E}\) dont on précisera la dimension. \section*{II. Etude d'une récurrence non linéaire} Soit \(\beta\) un réel strictement positif. On note \(m=\min (1, \beta)\) le plus petit des nombres 1 et \(\beta\) et \(M=\max (1, \beta)\) le plus grand de ces deux nombres.\\ On considère la suite \(V=\left(v_{n}\right)_{n \geq 0}\) vérifiant \(v_{0}=0, v_{1}=\beta\) et, pour tout \(n\) positif, la relation \[ v_{n+2}=\sqrt{v_{n+1}}+\sqrt{v_{n}} \] \begin{enumerate} \item Montrer, pour tout \(n\) strictement ppsitif, l'inégalité \(m \leq v_{n} \leq 4 M\). \item Montrer que si la suite \(V\) admet une limite, cette limite est nécessairement égale à 4 . \end{enumerate} On se propose de montrer que, pour tout \(\beta\) strictement positif, la suite \(V\) admet effectivement pour limite 4 .\\ 3. Montrer, pour tout \(n\) positif, l'inégalité \[ \left|v_{n+2}-4\right| \leq \frac{\left|v_{n+1}-4\right|}{\sqrt{v_{n+1}}+2}+\frac{\left|v_{n}-4\right|}{\sqrt{v_{n}}+2} \] \begin{enumerate} \setcounter{enumi}{3} \item On pose \(\alpha=\frac{1}{\sqrt{m}+2}\) et on considère la suite \(U=\left(u_{n}\right)_{n \geq 0}\) vérifiant la relation de récurrence linéaire \(u_{n+2}=\alpha\left(u_{n+1}+u_{n}\right)\) et les conditions initiales \(u_{0}=\left|v_{1}-4\right|\) et \(u_{1}=\left|v_{2}-4\right|\). Montrer que, pour tout \(n\) strictement positif, \(\left|v_{n}-4\right| \leq u_{n-1}\). \item En conclusion, montrer à l'aide des résultats de la première partie que la suite \(V\) converge vers 4. \item Ecrire un programme en Turbo-Pascal qui lise un entier \(N\) et un réel \(\beta\) et qui affiche, en sortie, les \(N\) premiers termes de la suite \(V\). \end{enumerate} \section*{Exercice 3} Sachant qu'un appareil a fonctionné correctement pendant un certaine durée \(x\), on s'intéresse à la probabilité qu'il continue à bien fonctionner pendant encore au moins une durée \(y\). Pour cela on convient de représenter la durée de vie de ce type d'appareil par une variable aléatoire réelle \(X\) définie sur un espace probabilisé dont on notera la probabilité \(\mathbf{P}\). L'exercice a pour objet l'étude de quelques fonctions liées à cette durée de vie.\\ I. On suppose d'abord que \(X\) prend ses valeurs dans \(N^{*}\) et que, pour tout \(n\) de \(N^{*}\), \(P(X=n)\) n'est pas nul. On pose, pour tout \(n\) de \(\mathbb{N}^{*}\), \[ p_{n}=\mathbf{P}(X=n), \quad G_{n}=\mathbf{P}(X \geq n)=\sum_{k=n}^{\infty} p_{k} \quad \text { et } \quad Z_{n}=\frac{p_{n}}{G_{n}} \] \begin{enumerate} \item Justifier les inégalités \(0