\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{hyperref} \hypersetup{colorlinks=true, linkcolor=blue, filecolor=magenta, urlcolor=cyan,} \urlstyle{same} \begin{document} CONCOURS D'ADMISSION DE 2000 \section*{Option scientifique} \section*{MATHEMATIQUES I} Mardi 9 Mai 2000 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. Dans l'ensemble du problème, on désigne par \(n\) un nombre entier naturel non nul et par \(\mathbf{R}_{n}[x]\) l'espace vectoriel des fonctions-polynômes de degré inférieur ou égal à \(n\).\\ On note \(\mathrm{P}_{n}\) le sous-ensemble de \(\mathbf{R}_{n}[\mathrm{X}]\) formé des fonctions-polynômes unitaires et de degré \(n\), autrement dit des fonctions-polynômes de degré \(n\) et dont le coefficient de \(x^{n}\) est égal à 1 .\\ L'objectif du problème est de déterminer des fonctions-polynômes \(P\) appartenant à \(\mathrm{P}_{n}\) et réalisant le minimum sur \(\mathrm{P}_{n}\) de chacune des trois expressions suivantes : \[ N_{1}(P)=\int_{-1}^{+1}|P(x)| d x \quad ; \quad N_{2}(P)=\sqrt{\int_{-1}^{+1} P^{2}(x) d x} \quad ; \quad N_{\infty}(P)=\sup \{|P(x)| /-1 \leq x \leq 1\} . \] Les trois parties du problème sont consacrées à la résolution des trois problèmes ainsi définis. La partie I est indépendante des deux suivantes. PARTIE I : Minimisation de \(N_{2}(P)\) pour \(P\) décrivant \(\mathrm{P}_{\mathrm{n}}\)\\ On associe à tout couple ( \(P, Q\) ) de fonctions-polynômes de \(\mathbf{R}_{n}[x]\) le nombre réel suivant : \[ =\int_{0}^{1} P(t) Q(t) d t . \] \(1^{\circ}\) ) Montrer que l'application \((P, Q) \rightarrow\) définit un produit scalaire sur \(\mathbf{R}_{n}[x]\). ESSEC BUSINESS SCHOOL\\ AVENUE BERNARD HIRSCH - R.P. 105\\ 95021 CERGY PONTOISE CEDEX FRANCE\\ TEL. : 33 (O)1 34433000\\ FAX: 33 (0)1 34433111\\ WER: \href{http://WWW.ESSEC.FR}{WWW.ESSEC.FR} ETABLISSEMENT DENSEIGNEMENT SUPERIEUR PRIVE\\ RECONNU PAR LETAT. MEMBRE DE LA FESIC 1 ESSEC BUSINESS SCHOOL\\ ETABLISSEMENTS PRIVES DENSEIGNEMENT SUPERIEUR. ASSOCIATION LOI 1901.\\ ACCREDITES AACSB - THE INTERNATIONAL ASSOCIATION FOR MANAGEMENT EDUCATION\\ AFFILIES A LA CHAMRRE DE COMMERCE ET D'INDUSTRIE DE VERSAILLES VAL D'OISE-YVELINES\\ \(2^{\circ}\) ) On considère la fonction \(f\) associant à tout \(n\)-uplet ( \(x_{0}, x_{1}, \ldots, x_{n-1}\) ) de nombres réels l'expression suivante (qui représente le carré de la distance entre les deux fonctions-polynômes \(t \rightarrow t^{n}\) et \(t \rightarrow x_{n-1} t^{n-1}+\ldots+x_{1} t+x_{0}\) de \(\left.\mathbf{R}_{n}[x]\right)\) : \[ f\left(x_{0}, x_{1}, \ldots, x_{n-1}\right)=\int_{0}^{1}\left(t^{n}-x_{n-1} t^{n-1}-x_{n-2} t^{n-2}-\ldots-x_{1} t-x_{0}\right)^{2} d t \] a) Citer avec précision le théorème permettant d'affirmer l'existence et l'unicité d'un \(n\)-uplet ( \(a_{0}, a_{1}, \ldots, a_{n-1}\) ) réalisant le minimum (désormais noté \(m_{n}\) ) de l'expression \(f\left(x_{0}, x_{1}, \ldots, x_{n-1}\right)\) lorsque ( \(x_{0}, x_{1}, \ldots, x_{n-1}\) ) décrit \(\mathbf{R}^{n}\), et montrer que ces \(n\) nombres réels \(a_{0}, a_{1}, \ldots, a_{n-1}\) vérifient les \(n\) relations suivantes : \[ \int_{0}^{1}\left(t^{n}-a_{n-1} t^{n-1}-a_{n-2} t^{n-2}-\ldots-a_{1} t-a_{0}\right) t^{k} d t=0 \text { où } 0 \leq k0, \quad \operatorname{sgn}(x)=0 \text { si } x=0, \quad \operatorname{sgn}(x)=-1 \text { si } x<0 \] On considère, s'il en existe, une fonction-polynôme \(P\) appartenant à \(\mathrm{P}_{n}\) telle que : \[ (*) \quad \int_{-1}^{1} x^{k} \operatorname{sgn}(P(x)) d x=0 \text { où } 0 \leq k