\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{E.S.C.P. - E.A.P. \\ CONCOURS D'ADMISSION SUR CLASSES PREPARATOIRES } \author{} \date{} \begin{document} \maketitle \section*{OPTION ECONOMIQUE} \section*{MATHEMATIQUES III} Jeudi 10 Mai 2001, de 8h. à 12h. La présentation, la lisibilité, l'orthographe, la qualité de la rédaction, la clarté et la précision des raisonnements entreront pour une part importante dans l'appréciation des copies.\\ Les candidats sont invités à encadrer dans la mesure du possible les résultats de leurs calculs.\\ Ils 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 I} A. On considère la matrice \(A\) définie par : \[ A=\left(\begin{array}{ccc} -1 & -1 & 2 \\ 1 & 2 & -1 \\ -2 & -1 & 3 \end{array}\right) \] et on note \(\varphi\) l'endomorphisme de \(\mathbb{R}^{3}\) représenté par \(A\) dans la base canonique. \begin{enumerate} \item a) Montrer que \(A\) admet les valeurs propres 1 et 2 et n'en admet pas d'autre. \end{enumerate} Déterminer les sous-espaces propres \(E_{1}\) et \(E_{2}\) associés à ces valeurs propres.\\ b) La matrice \(A\) est-elle diagonalisable ?\\ 2. Soit \(V\) un vecteur propre de \(A\) associé à la valeur propre 1. Trouver un vecteur \(W\) de \(\mathbb{R}^{3}\) tel que \(\varphi(W)=V+W\).\\ 3. Soit \(U\) un vecteur propre de \(A\) associé à la valeur propre 2 . Montrer que la famille \((U, V, W)\) est une base de \(\mathbb{R}^{3}\).\\ 4. Déterminer la matrice \(B\) représentant l'endomorphisme \(\varphi\) dans la base ( \(U, V, W\) ) ainsi qu'une matrice inversible \(P\) telle qu'on ait l'égalité \(B=P^{-1} A P\).\\ B. Étant données les matrices \[ I=\left(\begin{array}{ccc} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{array}\right), \quad H=\left(\begin{array}{ccc} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 \end{array}\right), \quad N=\left(\begin{array}{ccc} 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{array}\right) \] on associe à tout élément ( \(a, b, c\) ) de \(\mathbb{R}^{3}\) la matrice \(C_{(a, b, c)}\) définie par: \[ C_{(a, b, c)}=a I+b H+c N \] On note \(\mathcal{M}\) l'ensemble des matrices \(C_{(a, b, c)}\), où ( \(a, b, c\) ) décrit \(\mathbb{R}^{3}\). \begin{enumerate} \item Montrer que \(\mathcal{M}\) est un sous-espace vectoriel de l'espace vectoriel \(M_{3}(\mathbb{R})\) des matrices carrées d'ordre 3 et déterminer sa dimension. \item Vérifier que la matrice \(B\) définie dans la question A. 4 appartient à \(\mathcal{M}\). \item Préciser les conditions que doivent vérifier les nombres \(a, b\) et \(c\) pour que la matrice \(C_{(a, b, c)}\) soit inversible. Déterminer, quand elle existe, sa matrice inverse. \item Déterminer les valeurs propres de \(C_{(a, b, c)}\). \end{enumerate} Montrer que cette matrice est diagonalisable si et seulement si \(c\) est nul. \section*{EXERCICE II} A. On considère la fonction \(G\) de deux variables réelles définie, pour tout \(x\) et tout \(y\) strictement positifs, par : \[ G(x, y)=\frac{x^{2}}{2 y^{2}}-\ln x+y-\frac{3}{2} \] \begin{enumerate} \item Calculer les dérivées partielles d'ordre 1 et 2 de la fonction \(G\). \item Rechercher les extremums éventuels de la fonction \(G\) dans le domaine \(] 0, \infty[\times] 0, \infty[\).\\ B. On considère maintenant la fonction \(f\) définie, pour tout \(x\) strictement positif, par : \end{enumerate} \[ f(x)=G(x, 1)=\frac{x^{2}}{2}-\ln x-\frac{1}{2} \] \begin{enumerate} \item Étudier les variations de \(f\). Montrer que c'est une fonction convexe. Donner sa représentation graphique. \item a) Calculer une primitive de la fonction \(f\) sur l'intervalle \(] 0,+\infty[\).\\ b) En déduire que l'intégrale \(\int_{0}^{1} f(x) \mathrm{d} x\) existe et calculer sa valeur. \item Soit \(n\) un entier supérieur ou égal à 2 . On pose : \(S_{n}=\frac{1}{n} \sum_{j=1}^{n} f\left(\frac{j}{n}\right)\).\\ a) Établir, pour tout entier \(j\) vérifiant \(1 \leq j