Calcul différentiel et fonctions à plusieurs variablesFonctions (limites, continuité, dérivabilité, intégration)RéductionAlgèbre bilinéaire et espaces euclidiensGéométrie
N.B. : le candidat attachera la plus grande importance à la clarté, à la précision et à la concision de la rédaction. Si un candidat est amené à repérer ce qui peut lui sembler être une erreur d'énoncé, il le signalera sur sa copie et devra poursuivre sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu'il a été amené à prendre.
RAPPEL DES CONSIGNES
Utiliser uniquement un stylo noir ou bleu foncé non effaçable pour la rédaction de votre composition ; d'autres couleurs, excepté le vert, bleu clair ou turquoise, peuvent être utilisées, mais exclusivement pour les schémas et la mise en évidence des résultats.
Ne pas utiliser de correcteur.
Écrire le mot FIN à la fin de votre composition.
Les calculatrices sont interdites.
Le sujet est composé de trois exercices indépendants.
EXERCICE 1
Soit la fonction définie sur muni de son produit scalaire canonique, par :
On cherche les extrema éventuels de la fonction sous la contrainte : et les points où ces extrema sont atteints.
Première méthode
Déterminer les extrema de la fonction .
Déterminer les solutions du problème posé.
Deuxième méthode
Soit .
3. En utilisant la fonction , déterminer les extrema possibles de restreinte à .
4. Retrouver les solutions du problème posé.
Troisième méthode
Soit et .
5. Démontrer que est un sous-espace vectoriel de et en donner la dimension.
6. Déterminer le sous-espace orthogonal du sous-espace .
7. Calculer la distance entre et le sous-espace vectoriel .
8. Soit . Justifier que : .
9. En déduire la structure de l'ensemble .
10. Retrouver de nouveau les solutions du problème posé.
EXERCICE 2
Soit un entier naturel supérieur ou égal à 3 .
On note le -espace vectoriel de dimension , des polynômes de degré inférieur ou égal à et à coefficients dans .
On note où, pour tout , la base canonique de . Pour tout , on note l'endomorphisme de qui à tout polynôme , associe :
Soit la matrice de l'endomorphisme dans la base canonique de .
Soit . On rappelle que et que .
Déterminer, suivant la valeur de l'entier relatif , la somme : .
On note la matrice associée à l'endomorphisme dans la base de .
2. Écrire la matrice dans le cas où . On utilisera le nombre complexe .
3. Démontrer que, pour tout couple , on a : .
4. La matrice est-elle symétrique? Peut-on affirmer qu'elle est diagonalisable?
5. Calculer . En déduire que est inversible et déterminer son inverse.
6. Déterminer alors un nombre complexe tel que : .
7. Calculer puis vérifier que .
8. La matrice est-elle diagonalisable?
Éléments propres de
On note, pour . En particulier, .
9. Déterminer les valeurs propres possibles de .
10. Exprimer les racines du polynôme à l'aide de puissances de .
11. En déduire que : .
On pose et on admet que en est une base.
12. Vérifier que est stable par .
13. Écrire la matrice de l'endomorphisme induit par sur dans la base ( ).
14. En déduire:
un vecteur non nul de ,
un vecteur non nul de .
Dans le cas , déterminer le spectre de .
Dans le cas , déterminer les valeurs propres de .
Déterminer les valeurs propres de la matrice
On suppose à présent .
18. Montrer que le sous-espace vectoriel est de dimension 4 et est stable .
19. Déterminer le spectre de .
EXERCICE 3
Question de cours
Rappeler le développement en série entière de la fonction exponentielle et son domaine de validité.
On pose, lorsque cela est possible, .
2. Montrer que la fonction est définie sur .
3. Justifier que est de classe sur .
4. Démontrer que la fonction est lipschitzienne sur tout segment de .
5. Prouver que pour tout réel positif .
6. Soient et deux réels positifs. On note . Prouver que l'on a : .
7. Prouver que l'on a: .
On pose, pour tout .
8. Justifier que est de classe sur .
9. Étudier le signe de sur .
10. Montrer que : .
11. Prouver que pour tout , on a : .
12. En déduire que possède une limite finie lorsque tend vers .
13. Décomposer en éléments simples la fraction rationnelle .
14. Démontrer que pour tout , on a:
En déduire que est majorée par sur .
FIN
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