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E3A Mathématiques 2 PSI 2000

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Algèbre linéaireAlgèbre bilinéaire et espaces euclidiensNombres complexes et trigonométrie, calculs, outilsGéométriePolynômes et fractions
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CONCOURS ENSAM - ESTP - ENSAIS - ECRIN - ARCHIMEDE

Epreuve de Mathématiques 2

durée 4 heures

Exercice 1

désigne le plan affine euclidien rapporté à un repère orthonormé direct est un entier naturel supérieur ou égal à 2. sont éléments 2 à 2 distincts de dont les affixes respectives sont notées .
est l'ensemble des points .
On note l'ensemble des points de n'appartenant pas à et vérifiant la relation :
Soit un point de , n'appartenant pas à , d'affixe . Montrer qu'il appartient à si, et seulement si, .
On considère le polynôme défini par : . On note son polynôme dérivé
a) On pose : . Déterminer la décomposition en éléments simples de dans l'ensemble des fractions rationnelles à coefficients complexes.
b) En déduire que ( ) est l'ensemble des points de dont l'affixe vérifie : .
c) En déduire que, si est le nombre d'éléments de , on a : .
d) Dans le cas particulier où , préciser .
Dans la suite de l'exercice, on suppose .
Soit une rotation du plan . Etablir que : .
On rappelle que est l'ensemble des sommets d'un polygone régulier si, et seulement si, est invariant par une rotation d'angle .
Montrer que, si est l'ensemble des sommets d'un polygone régulier, alors est réduit à un seul point que l'on précisera ( on pourra faire un raisonnement par l'absurde). Réciproquement, montrer que si est réduit à un seul point dont l'affixe est notée , alors est l'ensemble des sommets d'un polygone régulier ( on pourra commencer par déterminer ).
Dans cette question, on suppose et sont des réels strictement positifs.
a) Déterminer les affixes des éléments de .Vérifier les résultats établis aux questions et .
b) On note ( ) le couple des coordonnées d'un point de .
On suppose que : . Soit ( )l'ellipse de d'équation : .
i) Indiquer les coordonnées des foyers de ( ).
ii) Soit un point de ( ). Déterminer l'équation de la tangente en à l'ellipse ( ).
iii) Démontrer que l'ellipse ( ) est tangente aux trois côtés du triangle en des points qui sont les milieux de ces côtés.

Exercice 2

Soit un entier naturel, . On note l'ensemble des nombres complexes et E le -espace vectoriel des matrices carrées d'ordre à coefficients complexes.
O est la matrice nulle de E . Pour élément de E , on désigne par , la trace de .
Pour ( ) élément de , on note la matrice de E dont tous les coefficients sont nuls sauf celui situé dans la -ème ligne et la -ème colonne qui vaut 1 .
On rappelle que :
ù
Montrer qu'il n'existe pas de norme définie sur E vérifiant :
Soient des éléments quelconques de .
On considère les matrices et suivantes :
Calculer et .
Une application de E vers vérifiant :
est appelée semi-norme sur E .
Soit une semi-norme sur E .
a) Montrer que et que pour tout de .
b) Etablir que pour et quelconques dans E on a :
On dit qu'une semi-norme définie sur E vérifie la propriété ( P ) si :
On considère l'application de E vers définie par : .
Montrer que est une semi-norme sur E vérifiant ( P ).
Soit une semi-norme sur E vérifiant ( P ).
a) Soit deux entiers naturels distincts et compris entre 1 et .
Prouver que : .
b) Pour un élément quelconque de E , on note le coefficient de situé dans la -ème ligne et la -ème colonne. Montrer que :
c) Démontrer qu'il existe réel positif tel que : .

Exercice 3

désigne un entier naturel non nul.
Soit une suite décroissante de réels positifs qui converge vers 0 , et soit une suite de réels. Pour , on pose : . On suppose que la suite est bornée et on note un majorant de la suite . Pour , on pose : .
a) Montrer que pour et pour entier naturel, , on a :
b) Etablir que pour et pour entier naturel on a : .
c) En déduire que la suite converge.
Soit une suite décroissante de réels positifs qui converge vers 0.
Pour réel et , on pose : et
a) Soit un élément de et .
i) Etablir que pour tout
ii) Déduire de que la suite de fonctions converge simplement sur et qu'elle converge uniformément sur .
b) On suppose, dans cette question, que la suite de fonctions converge uniformément sur .
i) Montrer que : .
ii) En déduire : . Montrer alors que : .
Pour réel et , on pose : .
a) Etablir pour tout réel, l'inégalité et pour tout de , l'inégalité .
b) Soit un élément de [fixé et l'entier naturel vérifiant :
Montrer que : .
Utiliser le résultat démontré en b) pour justifier que, si , on a :
c) Etablir que pour tout de et pour .
d) On suppose de plus dans cette question que la suite est décroissante et qu'elle converge vers 0 . Prouver que la suite de fonctions converge uniformément sur .
On note ln la fonction logarithme népérien.
On considère le cas particulier où et pour .
a) Prouver que la suite de fonctions converge simplement sur . On note sa limite.
b) Déterminer les coefficients de Fourier de .
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