\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{Conception : HEC Paris } \author{OPTION ÉCONOMIQUE} \date{} \DeclareUnicodeCharacter{2192}{\ifmmode\rightarrow\else{$\rightarrow$}\fi} \begin{document} \maketitle \section*{MATHÉMATIQUES} Mercredi 26 avril 2017, 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.\\ Si au cours de l'épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d'énoncé, il la signalera sur sa copie et poursuivra sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu'il sera amené à prendre. \section*{EXERCICE} Pour tout \(n \in \mathbf{N}^{*}\), on note \(\mathcal{M}_{n}(\mathbf{R})\) l'ensemble des matrices carrées à \(n\) lignes et \(n\) colonnes à ccefficients réels et \(\mathcal{B}_{n}(\mathbf{R})\) l'ensemble des matrices de \(\mathcal{M}_{n}(\mathbf{R})\) dont tous les cœfficients sont égaux à 0 ou à 1 . \begin{enumerate} \item Exemple 1. Soit \(A\) la matrice de \(\mathcal{B}_{2}(\mathbf{R})\) définie par : \(A=\left(\begin{array}{ll}0 & 1 \\ 1 & 0\end{array}\right)\).\\ a) Calculer la matrice \(A^{2}\),\\ b) Quelles sont les valeurs propres de \(A\) ?\\ c) La matrice \(A\) est-elle diagonalisable? \item Exemple 2. Soit \(B\) la matrice de \(\mathcal{B}_{3}(\mathbf{R})\) définie par : \(B=\left(\begin{array}{lll}0 & 1 & 0 \\ 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1\end{array}\right)\). \end{enumerate} On considère les instructions et la sortie ( \(-\rightarrow\) ) Scilab suivantes : \[ \begin{aligned} & B=[0,1,0 ; 1,0,0 ; 0,0,1] \\ & P=[1,1,0 ; 1,-1,0 ; 0,0,1] \\ & \operatorname{inv}(P) * B * P \end{aligned} \] →\\ i. \(\quad 0 . \quad 0\).\\ \(0 . \quad-1 . \quad 0\).\\ 0. \(\quad 0 . \quad 1\).\\ a) Déduire les valeurs propres de \(B\) de la séquence Scilab précédente.\\ b) Déterminer une base de chacun des sous-espaces propres de \(B\).\\ 3.a) Combien existe-t-il de matrices appartenant à \(\mathcal{B}_{n}(\mathbf{R})\) ?\\ b) Combien existe-t-il de matrices de \(\mathcal{B}_{n}(\mathbf{R})\) dont chaque ligne et chaque colonne comporte exactement un cœfficient égal à 1 ?\\ 4. Dans cette question, \(n\) est un entier supérieur ou égal à 2 . Soit \(E\) un espace vectoriel de dimension \(n\) et \(u\) un endomorphisme de \(E\). On note : \begin{itemize} \item id l'endomorphisme identité de \(E\); \item \(F\) le noyau de l'endomorphisme ( \(u+i d)\) et \(G\) le noyau de l'endomorphisme ( \(u-i d\) ); \item \(p\) la dimension de \(F\) et \(q\) la dimension de \(G\). \end{itemize} On suppose que \(u \circ u=i d\).\\ a) Justifier que l'image de ( \(u-i d\) ) est incluse dans \(F\).\\ b) En déduire l'inégalité : \(p+q \geqslant n\). On suppose désormais que \(1 \leqslant p0\), résoudre l'équation d'inconnue \(x \in \mathbf{R}: a x+\frac{b}{2} x^{2}=y\).\\ c) On note \(G_{a, b}^{-1}\) la bijection réciproque de \(G_{a, b}\). Quelle est, pour tout \(u \in[0,1]\), l'expression de \(G_{a, b}^{-1}(1-u)\) ?\\ 2.a) Justifier la convergence de l'intégrale \(\int_{0}^{+\infty} G_{a, b}(x) \mathrm{d} x\).\\ b) Soit \(f\) la fonction définie sur \(\mathbf{R}\) par: \(f(x)=\sqrt{\frac{b}{2 \pi}} \times \exp \left(-\frac{1}{2} b\left(x+\frac{a}{b}\right)^{2}\right)\). Montrer que \(f\) est une densité d'une variable aléatoire suivant une loi normale dont on précisera les paramètres (espérance et variance).\\ c) Soit \(\Phi\) la fonction de répartition de la loi normale centrée réduite. Déduire de la question 2.b), l'égalité : \[ \int_{0}^{+\infty} G_{a, b}(x) \mathrm{d} x=\sqrt{\frac{2 \pi}{b}} \times \exp \left(\frac{a^{2}}{2 b}\right) \times \Phi\left(-\frac{a}{\sqrt{b}}\right) . \] \begin{enumerate} \setcounter{enumi}{2} \item Pour tout \(a>0\) et pour tout \(b>0\), on pose : \(f_{a, b}(x)=\left\{\begin{array}{cl}(a+b x) \exp \left(-a x-\frac{b}{2} x^{2}\right) & \text { si } x \geqslant 0 \\ 0 & \text { si } x<0\end{array}\right.\).\\ a) Justifier que la fonction \(f_{a, b}\) est une densité de probabilité. \end{enumerate} On dit qu'une variable aléatoire suit la loi exponentielle linéaire de paramètres a et b, notée \(\mathcal{E}_{\ell}(a, b)\), si elle admet \(f_{a, b}\) pour densité.\\ b) Soit \(X\) une variable aléatoire suivant la loi \(\mathcal{E}_{\ell}(a, b)\). À l'aide d'une intégration par parties, justifier que \(X\) admet une espérance \(E(X)\) telle que : \(E(X)=\int_{0}^{+\infty} G_{\mathrm{a}, \mathrm{b}}(x) \mathrm{d} x\).\\ 4. Soit \(Y\) une variable aléatoire suivant la loi exponentielle de paramètre 1 . On pose : \(X=\frac{-a+\sqrt{a^{2}+2 b Y}}{b}\).\\ a) Justifier que pour tout réel \(x \in \mathbf{R}_{+}\), on a : \(P([X \geqslant x])=G_{a, b}(x)\).\\ b) En déduire que \(X\) suit la loi \(\mathcal{E}_{\ell}(a, b)\).\\ c) On note \(U\) une variable aléatoire suivant la loi uniforme sur [ 0,1 [. Déterminer la loi de la variable aléatoire \(G_{a, b}^{-1}(1-U)\).\\ 5. La fonction Scilab suivante génère des simulations de la loi exponentielle linéaire.\\ (1) function \(\mathrm{x}^{\text {maxandlinexp }}(\mathrm{a}, \mathrm{b}, \mathrm{n})\)\\ (2) \(u=\operatorname{rand}(n, 1)\)\\ (3) \(y=\cdots \cdots \cdots\)\\ (4) \(\quad x=\left(-a+\operatorname{sqrt}\left(a^{\wedge} 2+2 * b * y\right)\right) / b\)\\ (5) endfunction\\ a) Quelle est la signification de la ligne de code (2) ?\\ b) Compléter la ligne de code (3) pour que la fonction grandlinexp génère les simulations désirées.\\ 6. De quel nombre réel peut-on penser que les six valeurs générées par la boucle Scilab suivante fourniront des valeurs approchées de plus en plus précises et pourquoi? \begin{verbatim} for k=1:6 mean(grandlinexp(0,1,10^k)) end \end{verbatim} Dans la suite du problème, on note \(\left(X_{n}\right)_{n \in \mathbf{N}^{*}}\) une suite de variables aléatoires indépendantes suivant chacune la loi exponentielle linéaire \(\mathcal{E}_{\ell}(a, b)\) dont les paramètres \(a>0\) et \(b>0\) sont inconnus.\\ Soit \(h\) un entier supérieur ou égal à 2. On suit pendant une période de h années, une "cohorte" de n individus de même âge au début de l'étude et on modélise leurs durées de vie respectives à partir de cette date par les variables aléatoires \(X_{1}, X_{2}, \ldots, X_{n}\). \section*{Partie II. Premier décès et intervalle de confiance de a} Pour tout \(n \in \mathbf{N}^{*}\), on définit les variables aléatoires \(M_{n}, H_{n}\) et \(U_{n}\) par : \[ M_{n}=\min \left(X_{1}, X_{2}, \ldots, X_{n}\right), \quad H_{n}=\min \left(h, X_{1}, X_{2}, \ldots, X_{n}\right) \quad \text { et } \quad U_{n}=n H_{n} \] \begin{enumerate} \setcounter{enumi}{6} \item Calculer pour tout \(x \in \mathbf{R}_{+}\), la probabilité \(P\left(\left[M_{n} \geqslant x\right]\right)\). Reconnaître la loi de la variable aléatoire \(M_{n}\). \item Pour tout \(n \in \mathbf{N}^{*}\), on note \(F_{U_{n}}\) la fonction de répartition de la variable aléatoire \(U_{n}\).\\ a) Montrer que pour tout \(x \in \mathbf{R}\), on a : \(F_{U_{n}}(x)=\left\{\begin{array}{ll}0 & \text { si } x<0 \\ 1-\exp \left(-a x-\frac{b}{2 n} x^{2}\right) & \text { si } 0 \leqslant x