\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} \usepackage{graphicx} \usepackage[export]{adjustbox} \graphicspath{ {./images/} } \begin{document} Concepteur : H.E.C. OPTION : ECONOMIQUE CODE EPREUVE :\\ 289\\ HEC\_M3\_E \section*{MATHEMATIQUES III} Mercredi 3 Mai 2006, de 8 h. à 12 h. 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} Dans cet exercice, \(n\) désigne un entier supérieur ou égal à \(2, \lambda\) et \(\mu\) deux nombres réels strictement positifs et \(B\) la matrice de \(\mathcal{M}_{n}(\mathbb{R})\) suivante :\\ \(B=\left(\begin{array}{cccccc}0 & \lambda & 0 & \ldots & \ldots & 0 \\ \mu & 0 & \lambda & \ddots & & \vdots \\ 0 & \mu & \ddots & \ddots & \ddots & \vdots \\ \vdots & \ddots & \ddots & \ddots & \ddots & 0 \\ \vdots & & \ddots & \mu & 0 & \lambda \\ 0 & \ldots & \ldots & 0 & \mu & 0\end{array}\right)\), c'est-à-dire : \(B=\left(b_{i, j}\right)\), avec \(\begin{cases}b_{i, j}=\lambda & \text { si } j=i+1 \\ b_{i, j}=\mu & \text { si } j=i-1 \\ b_{i, j}=0 & \text { sinon }\end{cases}\)\\ On s'intéresse aux valeurs propres de \(B\) et pour cela, pour \(a\) réel, on note \(A_{a}=B-a I_{n}\), où \(I_{n}\) désigne la matrice unité d'ordre \(n\). \begin{enumerate} \item Exemple. Dans cette question, on considère la matrice \(B=\left(\begin{array}{lllll}0 & 1 & 0 & 0 & 0 \\ 1 & 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 0 & 1 & 0\end{array}\right)\).\\ a) La matrice \(B\) est-elle diagonalisable ?\\ b) Déterminer les valeurs propres et les vecteurs propres de l'endomorphisme de \(\mathbb{R}^{5}\) canoniquement associé à la matrice \(B\).\\ On revient maintenant au cas général. On dira qu'une suite \(\left(u_{k}\right)_{k \in \mathbb{N}}\) vérifie la propriété \((R)\) lorsque l'on a, pour tout \(k d e \mathbb{N}: \mu u_{k}-a u_{k+1}+\lambda u_{k+2}=0\). \item Montrer qu'un vecteur \(X=\left(\begin{array}{c}x_{1} \\ x_{2} \\ \vdots \\ x_{n}\end{array}\right)\) de \(\mathcal{M}_{n, 1}(\mathbb{R})\) vérifie \(A_{a} X=0\) si, et seulement si, en posant \(x_{0}=x_{n+1}=0\), les nombres \(x_{0}, x_{1}, \ldots, x_{n}, x_{n+1}\) sont les \(n+2\) premiers termes d'une suite vérifiant \((R)\). \item On suppose dans cette question que \(a^{2}>4 \lambda \mu\).\\ a) Déterminer l'ensemble des suites vérifiant ( \(R\) ).\\ b) Montrer que si un vecteur \(X\) de \(\mathcal{M}_{n, 1}(\mathbb{R})\) vérifie \(A_{a} X=0\), alors \(X\) est le vecteur nul. \item On suppose dans cette question que \(a^{2}=4 \lambda \mu\).\\ a) Déterminer l'ensemble des suites vérifiant ( \(R\) ).\\ b) Montrer que si un vecteur \(X\) de \(\mathcal{M}_{n, 1}(\mathbb{R})\) vérifie \(A_{a} X=0\), alors \(X\) est le vecteur nul. \item a) En déduire que si \(B\) admet des valeurs propres, elles appartiennent à l'intervalle \(]-2 \sqrt{\lambda \mu}, 2 \sqrt{\lambda \mu}\) [.\\ b) Un théorème classique dû à Jacques Hadamard, affirme que si le réel \(a\) est une valeur propre de \(B\), alors \(|a| \leqslant \lambda+\mu\) (ce théorème n'est pas à démontrer).\\ Le résultat que l'on a obtenu en 5. a) est-il meilleur que le résultat du théorème d'Hadamard? \end{enumerate} \section*{Problème} Ce problème a pour objet principal la modélisation d'un processus aléatoire ponctuel (discret) représenté par une suite de variables aléatoires de Bernoulli. Ce modèle est ensuite approché par un modèle continu, et dans la dernière partie on s'intéresse, dans un cas particulier, à l'adéquation de ce modèle continu au modèle discret initial.\\ Dans tout le problème, \(\lambda\) désigne un nombre réel de l'intervalle ouvert \(] 0,1[\). \section*{Partie I : Modèle discret.} On suppose donnée une suite \(\left(X_{n}\right)_{n \in \mathbb{N}}\) de variables aléatoires de Bernoulli, définies sur un espace probabilisé ( \(\Omega, \mathcal{A}, P\) ). Pour tout \(n\) de \(\mathbb{N}\), on note \(p_{n}\) le paramètre de la variable aléatoire \(X_{n}\).\\ On suppose que \(p_{0}\) appartient à l'intervalle ouvert ] 0,1 [ et que pour tout \(n\) de \(\mathbb{N}\), on a les probabilités conditionnelles suivantes : \[ P_{\left(X_{n}=1\right)}\left(X_{n+1}=1\right)=P\left(X_{n}=1\right)=p_{n} \text { et } P_{\left(X_{n}=0\right)}\left(X_{n+1}=1\right)=\lambda P\left(X_{n}=1\right)=\lambda p_{n} \] [On rappelle que la probabilité conditionnelle \(P_{A}(B)\) peut aussi se noter \(P(B / A)\).] \begin{enumerate} \item a) Montrer que pour tout entier \(n\) de \(\mathbb{N}\), on a : \(p_{n+1}=(1-\lambda) p_{n}^{2}+\lambda p_{n}\).\\ b) En déduire que pour tout \(n\) de \(\mathbb{N}\), on a : \(018(1-\lambda)\), on pose : \(N(\alpha)=\frac{1}{1-\lambda} \ln \left(\frac{1}{12} \times \frac{\alpha}{1-\lambda}-\frac{1}{2}\right)\).\\ a) Vérifier que pour tout réel \(\alpha\) tel que \(\alpha>18(1-\lambda)\), on a \(N(\alpha)>0\).\\ b) Montrer que si \(n \leqslant N(\alpha)\), alors pour tout \(k\) de \(\llbracket 0, n \rrbracket\), on a : \(\left|\frac{p\left(t_{k}\right)-p_{k}}{p\left(t_{k}\right)}\right| \leqslant \alpha\).\\ c) Montrer que pour \(\alpha\) fixé, \(\lim _{\lambda \rightarrow 1} N(\alpha)=+\infty\).\\ d) Conclure sur la qualité de l'approximation du modèle discret par le modèle continu, lorsque \(\lambda\) se «rapproche» de 1 . \end{enumerate} \end{document}