\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*{ΕSSΕC \\ MBA} \section*{CONCOURS D'ADMISSION DE 2002} \section*{Option scientifique} \section*{MATHEMATIQUES I} Jeudi 2 Mai 2002 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.\\ Si au cours de l'épreuve un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d'énoncé, il le signalera sur sa copie et poursuivra sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu'il sera amené à prendre. Dans la suite, on désigne par \(n\) un nombre entier supérieur ou égal à 2 et par \(\mathbb{R}_{n}[X]\) l'espace vectoriel des polynômes de degré inférieur ou égal à \(n\). On rappelle qu'un polynôme non nul est dit unitaire lorsque son coefficient dominant (c'est à dire le coefficient de son terme de plus haut degré) est égal à 1 . L'objet du problème est l'étude des extrema d'une fonction de plusieurs variables (partie II). A cet effet, on étudie auparavant, dans la partie I, une famille de polynômes de \(\mathbb{R}_{n}[X]\) et leurs racines. Les deux parties ne sont pas indépendantes, mais on pourra admettre des résultats de la partie I pour pouvoir traiter la partie II. \section*{PARTIE I} \section*{\(1^{\circ}\) ) Définition d'un endomorphisme \(\phi\) de \(\mathbb{R}_{n}[X]\)} a) Etablir que l'application associant à tout polynôme \(P\) de \(\mathbb{R}_{n}[X]\) le polynôme \(\phi(P)=2 x P^{\prime}-P^{\prime \prime}\) (où \(P^{\prime}\) et \(P^{\prime \prime}\) désignent les dérivées première et seconde de \(P\) ) est un endomorphisme de \(\mathbb{R}_{n}[X]\).\\ b) Ecrire sa matrice dans la base canonique \(\left(1, x, x^{2}, \ldots, x^{n}\right)\) de \(\mathbb{R}_{n}[X]\). \begin{verbatim} FSSFC RUSINFSS SCHOOL AVENUE HERNARD HIRSCH - B P. 10S 95021 CERCY PONTOISE CEDEX FRANCE TEL. 33(0)134 43 30 00 FAX:33 101134 4.3 31 11 WEB: WWW ESSEC FR ETABLISSEMENI D'ENSEIGNEMENT SHPERIEUR PRIVE RECONNU PAR L'ETAT MEMBRE DE LA SESIC \end{verbatim} \begin{verbatim} ESELC AGTINGFIRSI ESSEC HUSHNESS SCHOOL ETABLISSEMENTS PRIVES DENSEIGNEMENT SUPERIEUR ASSOCIATION LOE 19OI. ACCREDITES AACSH - THE INTERNATIONAL ASSOCIATION FOR MANACEMENT EDUCATION AFHILIES A LA CHAMBRE DE COMMERCE ET DINDUSTRIE DE VERSAILLES VAL DOISE-YVELINES \end{verbatim} \section*{\(2^{\circ}\) ) Eléments propres de l'endomorphisme \(\phi\)} a) Déterminer les valeurs propres \(\lambda_{0}, \lambda_{1}, \ldots, \lambda_{n}\) de \(\phi\) (on supposera que \(\lambda_{0} \leq \lambda_{1} \leq \ldots \leq \lambda_{n}\) ) et montrer que \(\phi\) est diagonalisable.\\ b) Montrer, pour tout nombre entier \(p\) tel que \(0 \leq p \leq n\), qu'il existe un et un seul polynôme unitaire \(H_{p}\) de \(\mathbb{R}_{n}[X]\) vérifiant : \[ H_{p}^{\prime \prime}-2 x H_{p}^{\prime}+2 p H_{p}=0 \] c) Montrer, pour tout nombre entier \(p\) tel que \(0 \leq p \leq n\), que \(H_{p}\) est nécessairement de degré \(p\).\\ d) Expliciter les polynômes \(H_{0}, H_{1}, H_{2}, H_{3}\) dans la base canonique de \(\mathbb{R}_{n}[X]\) et calculer les coefficients de \(x^{p-1}(1 \leq p \leq n)\) et de \(x^{p-2}(2 \leq p \leq n)\) dans l'expression du polynôme \(H_{p}\). \section*{\(3^{\circ}\) ) Définition d'un produit scalaire sur \(\mathbb{R}_{n}[X]\)} a) Montrer que l'intégrale écrite ci-dessous est définie pour tout couple \((P, Q)\) de \(\mathbb{R}_{n}[X]\) : \[ =\int_{-\infty}^{+\infty} P(x) Q(x) \exp \left(-x^{2}\right) d x \] b) Montrer alors que l'application \((P, Q) \in \mathbb{R}_{n}[K] \times \mathbb{R}_{n}[X] \rightarrow\in \mathbb{R}\) définit un produit scalaire sur \(\mathbb{R}_{n}[K]\).\\ c) Exprimer la dérivée de \(x \rightarrow P^{\prime}(x)\).exp \(\left(-x^{2}\right)\) en fonction de \(\phi(P)(x)\).exp \(\left(-x^{2}\right)\), puis prouver qu'on a pour tout couple \((P, Q)\) de \(\mathbb{R}_{n}[X]\) : \[ <\phi(P), Q>=. \] d) En déduire que \(=0\) lorsque \(p\) et \(q\) sont deux nombres entiers distincts compris entre 0 et \(n\). puis que ( \(H_{0}, H_{1}, \ldots, H_{n}\) ) forme une base orthogonale pour ce produit scalaire. Montrer enfin que \(=0\) pour tout polynôme \(Q\) appartenant à \(\mathbb{R}_{p,-1}[X](1 \leq p \leq n)\). \section*{\(4^{\circ}\) ) Etude des racines des polynômes \(H_{p}(1 \leq p \leq n)^{\cdots}\)} a) Montrer, en remarquant que \(=0\), que le polynôme \(H_{p}\) s'annule au moins une fois sur \(\mathbb{R}\) en changeant de signe.\\ b) On note \(a_{1}, a_{2}, \ldots, a_{m}\) les racines distinctes de \(H_{p}\) en lesquelles celui-ci s'annule et change de signe (avec bien entendu \(m \leq p\) ) et on pose alors \(P_{m}(x)=\left(x-a_{1}\right)\left(x-a_{2}\right) \ldots\left(x-a_{m}\right)\).\\ Etudier le signe du polynôme \(H_{p} P_{m}\) et déterminer la valeur de l'intégrale \(\) si \(m=0 \quad ; \quad=0 . \] En exprimant le polynôme \(H_{p}-x H_{p-1}\) dans la base ( \(H_{0}, H_{1}, \ldots, H_{n}\) ), établir la relation : \[ 2 H_{p}-2 x H_{p-1}+(p-1) H_{p-2}=0 \quad(\text { pour } 2 \leq p \leq n) . \] b) Prouver l'égalité \(\left\langle H_{p}{ }^{\prime}, Q\right\rangle=0\) pour tout polynôme \(Q\) appartenant à \(\mathbb{R}_{p-2}[X]\) où \(2 \leq p \leq n\), puis en déduire la relation : \[ H_{p}^{\prime}=p H_{p-1} \quad(\text { pour } 1 \leq p \leq n) \] \section*{PARTIE II} On considère dans cette partie l'espace vectoriel \(\mathbb{R}^{n}\) constitué des \(n\)-uplets \(x=\left(x_{1}, x_{2}, \ldots, x_{n}\right)\). On note \(U\) l'ouvert de \(\mathbb{R}^{n}\) constitué des \(n\)-uplets \(x=\left(x_{1}, x_{2}, \ldots, x_{n}\right)\) tels que \(x_{1}