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Sébastien Miquel 2024-07-13 19:09:00 +02:00
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@ -2,7 +2,7 @@
#+title: Exercices 2023 #+title: Exercices 2023
#+author: Sébastien Miquel #+author: Sébastien Miquel
#+date: 02-12-2023 #+date: 02-12-2023
# Time-stamp: <11-07-24 12:42> # Time-stamp: <13-07-24 19:04>
#+OPTIONS: #+OPTIONS:
@ -33,7 +33,7 @@
#+END_SRC #+END_SRC
#+RESULTS: #+RESULTS:
| 4 | 9 | 13 | 736 | | 5 | 11 | 12 | 692 |
#+BEGIN_SRC emacs-lisp #+BEGIN_SRC emacs-lisp
(defun find_bad_hash () (defun find_bad_hash ()
@ -41,6 +41,9 @@
(re-search-forward "[^\n ]#")) (re-search-forward "[^\n ]#"))
#+END_SRC #+END_SRC
#+RESULTS:
: find_bad_hash
** Replacements ** Replacements
@ -66,6 +69,10 @@
("derivab" "dérivab") ("derivab" "dérivab")
("consider" "considér") ("consider" "considér")
("réel" "réel") ("réel" "réel")
("{(}" "(")
("{)}" ")")
("\\,dt" "\\dt")
("\\,dx" "\\dx")
("montrrer" "montrer") ("montrrer" "montrer")
(":\\" "\\colon\\") (":\\" "\\colon\\")
("montrver" "montrer") ("montrver" "montrer")
@ -2279,6 +2286,7 @@ C'est la probabilité d'extinction.
#+END_proof #+END_proof
# ID:7329
#+begin_exercice [ENS 2023 # 182] :todo: #+begin_exercice [ENS 2023 # 182] :todo:
On construit itérativement et aléatoirement un arbre aléatoire sur l'ensemble de sommets $\db{1,n}$ (graphe orienté) selon le procédé suivant : à l'étape $k$, on choisit aléatoirement un point dans $\db{1,k}$ (avec probabilité uniforme) et on rajoute une arete orientée de ce point vers $k+1$. Ces choix s'effectuent de maniere indépendante les uns des autres. On construit itérativement et aléatoirement un arbre aléatoire sur l'ensemble de sommets $\db{1,n}$ (graphe orienté) selon le procédé suivant : à l'étape $k$, on choisit aléatoirement un point dans $\db{1,k}$ (avec probabilité uniforme) et on rajoute une arete orientée de ce point vers $k+1$. Ces choix s'effectuent de maniere indépendante les uns des autres.
- On note $X_n$ la variable aléatoire donnant le nombre d'arêtes partant du point $1$. Déterminer l'espérance et la variance de $X_n$. - On note $X_n$ la variable aléatoire donnant le nombre d'arêtes partant du point $1$. Déterminer l'espérance et la variance de $X_n$.
@ -2289,12 +2297,10 @@ On construit itérativement et aléatoirement un arbre aléatoire sur l'ensemble
1. $H_n$, c'est simple. 1. $H_n$, c'est simple.
2. $P(S_n = 0) = \frac{1}{2} \frac{2}{3} \frac{n-2}{n-1} = \frac{1}{n-1}$. 2. $P(S_n = 0) = \frac{1}{2} \frac{2}{3} \frac{n-2}{n-1} = \frac{1}{n-1}$.
En général, $P(S_n^k = 0) = \frac{k-1}{n-1}$.
$P(S_n = 1) = \sum_{i=3}^{n} \frac{\frac{1}{2} \dots \frac{n-2}{n-1}}{\frac{i-2}{i-1}} \frac{1}{i-1} \frac{i-1}{n-1}$ $=\sum_{i=3}^{n} \frac{1}{(n-1)^2}\frac{1}{i-2}$ $=\frac{1}{(n-1)^2} H_{n-2}$ $P(S_n = 1) = \sum_{i=3}^{n} \frac{\frac{1}{2} \dots \frac{n-2}{n-1}}{\frac{i-2}{i-1}} \frac{1}{i-1} \frac{i-1}{n-1}$ $=\sum_{i=3}^{n} \frac{1}{(n-1)^2}\frac{1}{i-2}$ $=\frac{1}{(n-1)^2} H_{n-2}$
En général, $P(S_n^k = 1) = \frac{k-1}{(n-1)^2}(H_{n-2} - H_{k-2})$ $$P(S_n = 2) = \sum_{3\leq i\lt j} \frac{1}{i-1} \frac{1}{j-1} \prod_{2\lt k\lt i} \frac{k-2}{k-1} \prod_{i\lt k\lt j} \frac{k-3}{k-1} \prod_{j\lt k\lt n} \frac{k-3}{k-1} + \sum_{i\lt j} \frac{1}{i-1} \frac{1}{j-1} \prod_{2\lt k\lt i} \frac{k-2}{k-1} \prod_{i\lt k\lt j} \frac{k-3}{k-1} \prod_{j\lt k\lt n} \frac{k-3}{k-1} = 2 \frac{(n-3)!}{n!}$$
$P(S_n = 2)$ oops, impossibruh. !! 3. La probabilité que $k$ soit une feuille est la probabilité qu'il n'ai pas de descendants, donc $P(S_n^k = 0) = \frac{k-1}{n-1}$.
#+END_proof #+END_proof
@ -3620,6 +3626,7 @@ Soit $t_1, \ldots, t_n$ des réels.
** Analyse ** Analyse
# ID:7292
#+begin_exercice [X MP 2023 # 324] #+begin_exercice [X MP 2023 # 324]
Trouver $f\colon\R^2\to\R$ continue sur $\R^2\setminus\{(0,0)\}$, discontinue en $(0,0)$, dont la restriction a toute droite passant par $(0,0)$ est continue. Trouver $f\colon\R^2\to\R$ continue sur $\R^2\setminus\{(0,0)\}$, discontinue en $(0,0)$, dont la restriction a toute droite passant par $(0,0)$ est continue.
#+end_exercice #+end_exercice
@ -3628,6 +3635,7 @@ Trouver $f\colon\R^2\to\R$ continue sur $\R^2\setminus\{(0,0)\}$, discontinue en
#+END_proof #+END_proof
# ID:7293
#+BEGIN_exercice [X 2023 # 325] #+BEGIN_exercice [X 2023 # 325]
Soit $K \subset \R^2$ un convexe fermé non vide. Soit $K \subset \R^2$ un convexe fermé non vide.
1. On suppose $K$ borné. Montrer que $K$ s'écrit comme intersection de carrés fermés. 1. On suppose $K$ borné. Montrer que $K$ s'écrit comme intersection de carrés fermés.
@ -3640,11 +3648,12 @@ Soit $K \subset \R^2$ un convexe fermé non vide.
3. Fixer $y\in K$, et une suite $(x_n)\in K$ qui tend vers $\i$, et prendre une valeur d'adhérence des segments $[y, x_n]$. 3. Fixer $y\in K$, et une suite $(x_n)\in K$ qui tend vers $\i$, et prendre une valeur d'adhérence des segments $[y, x_n]$.
#+END_proof #+END_proof
# À relier # ID:4370
#+begin_exercice [X MP 2023 # 326] #+begin_exercice [X MP 2023 # 326]
Déterminer les endomorphismes continus du groupe $\C^*$. Déterminer les endomorphismes continus du groupe $\C^*$.
#+end_exercice #+end_exercice
# ID:7294
#+begin_exercice [X MP 2023 # 327] #+begin_exercice [X MP 2023 # 327]
Soit $d\in\N^*$. On munit $\R^d$ de la structure euclidienne canonique. On définit une norme sur $\M_d(\R)$ en posant, pour $M\in\M_d(\R)$, $\|M\|=\sup\big{\{}\|Mx\|\ ;\ x\in\R^d,\ \|x\|=1\big{\}}$. Soit $d\in\N^*$. On munit $\R^d$ de la structure euclidienne canonique. On définit une norme sur $\M_d(\R)$ en posant, pour $M\in\M_d(\R)$, $\|M\|=\sup\big{\{}\|Mx\|\ ;\ x\in\R^d,\ \|x\|=1\big{\}}$.
- Soient $A,B\in\M_d(\R)$. Montrer que $\|AB\|\leq\|A\|\times\|B\|$. - Soient $A,B\in\M_d(\R)$. Montrer que $\|AB\|\leq\|A\|\times\|B\|$.
@ -3669,25 +3678,26 @@ Soit $d\in\N^*$. On munit $\R^d$ de la structure euclidienne canonique. On défi
On peut fondamentalement remplacer le $0$ par un élément très petit. On peut fondamentalement remplacer le $0$ par un élément très petit.
Si on prend comme $\sigma$ un produit de transpositions (de sorte que $P_{\sigma} = P_{\sigma}^{-1}$), et qu'on met quatre fois cette matrice de transposition. Si on prend comme $\sigma$ un produit de transpositions (de sorte que $P_{\sigma} = P_{\sigma}^{-1}$), et qu'on met quatre fois cette matrice de transposition. !!
#+END_proof #+END_proof
#+begin_exercice [X MP 2023 # 328] #+begin_exercice [X MP 2023 # 328]
On définit la longueur d'un intervalle borne $I$ de bornes $a$ et $b$ par $\ell(I)=|b-a|$. - Soient $N\in\N^*$, $I_1,\ldots,I_N$ des intervalles bornes de $\R$ tels que $[0,1]\subset\bigcup_{i=1}^NI_i$. Que peut-on dire de $\sum_{i=1}^N\ell(I_i)$? On définit la longueur d'un intervalle borné $I$ de bornes $a$ et $b$ par $\ell(I)=|b-a|$.
- Soit $\delta:[0,1]\to\R^{+*}$. Montrer qu'il existe $p\in\N^*$, $0\leq x_1\lt x_2\lt \cdots\lt x_p=1$, $t_1,\ldots,t_p\in\R$ tels que, pour tout $k\in\db{1,p}$, $x_{q-1}\leq t_q\leq x_q$ et $x_q-x_{q-1}\leq\delta(t_q)$. - Soient $N\in\N^*$, $I_1,\ldots,I_N$ des intervalles bornes de $\R$ tels que $[0,1]\subset\bigcup_{i=1}^NI_i$. Que peut-on dire de $\sum_{i=1}^N\ell(I_i)$?
- Soit $\delta\colon [0,1]\to\R^{+*}$. Montrer qu'il existe $p\in\N^*$, $0\leq x_1\lt x_2\lt \cdots\lt x_p=1$, $t_1,\ldots,t_p\in\R$ tels que, pour tout $k\in\db{1,p}$, $x_{q-1}\leq t_q\leq x_q$ et $x_q-x_{q-1}\leq\delta(t_q)$.
- Soit $(I_n)_{n\geq 1}$ une suite d'intervalles bornes de $\R$ telle que $[0,1]\subset\bigcup_{n=1}^{+\i}I_n$. Que peut-on dire de $\sum_{n=1}^{+\i}\ell(I_n)$? - Soit $(I_n)_{n\geq 1}$ une suite d'intervalles bornes de $\R$ telle que $[0,1]\subset\bigcup_{n=1}^{+\i}I_n$. Que peut-on dire de $\sum_{n=1}^{+\i}\ell(I_n)$?
#+end_exercice #+end_exercice
#+BEGIN_proof #+BEGIN_proof
- -
- Incompréhensible. Quel sens pour $x_1$ ? Il faudrait que $\delta$ soit continue ? - Incompréhensible ??. Quel sens pour $x_1$ ? Il faudrait que $\delta$ soit continue ?
- Si $\sum \ell(I_n)\lt 1$, on montre que ce n'est pas possible. On considère une suite $(\eps_n)$ telle que $\sum \ell(I_n) + \eps_n \lt 1$. - Si $\sum \ell(I_n)\lt 1$, on montre que ce n'est pas possible. On considère une suite $(\eps_n)$ telle que $\sum \ell(I_n) + \eps_n \lt 1$.
On choisit $x_0 = 0$, puis le plus grand intervalle restant qui contient (n'existe pas …) $x_0$, puis $\l(I_{n_0}) \lt x_1\lt \l(I_{n_0}) + \eps_{n_0}$, puis le plus grand qui le contient etc. On choisit $x_0 = 0$, puis le plus grand intervalle restant qui contient (n'existe pas …) $x_0$, puis $\l(I_{n_0}) \lt x_1\lt \l(I_{n_0}) + \eps_{n_0}$, puis le plus grand qui le contient etc.
#+END_proof #+END_proof
# À relier à Brouwer # ID:7295
#+begin_exercice [X MP 2023 # 329] #+begin_exercice [X MP 2023 # 329]
Dans $\R^2$, on note $D$ le disque unite fermé pour la norme infinie, $C$ la sphère unité pour la norme infinie. On cherche à montrer qu'il n'existe pas de fonction continue $r\colon D\to C$ telle que la restriction de $r$ a $C$ soit l'identité. Dans $\R^2$, on note $D$ le disque unite fermé pour la norme infinie, $C$ la sphère unité pour la norme infinie. On cherche à montrer qu'il n'existe pas de fonction continue $r\colon D\to C$ telle que la restriction de $r$ a $C$ soit l'identité.
1. On considère une fonction $f\colon\R^2\to\R$, antisymétrique (i.e. $f(x,y)=-f(y,x)$), et $A=(a_{i,j})_{i,j\leq n}$ une matrice réelle telle que : $\forall i,j\in\db{1,n-1}$, 1. On considère une fonction $f\colon\R^2\to\R$, antisymétrique (i.e. $f(x,y)=-f(y,x)$), et $A=(a_{i,j})_{i,j\leq n}$ une matrice réelle telle que : $\forall i,j\in\db{1,n-1}$,
@ -3716,6 +3726,7 @@ Dans $\R^2$, on note $D$ le disque unite fermé pour la norme infinie, $C$ la sp
# ID:7296
#+BEGIN_exercice [X 2023 # 330] #+BEGIN_exercice [X 2023 # 330]
On dit qu'une famille $\left(D_t\right)_{t \in \R^+}$ de disques fermés de $\R^2$ vérifie $(\mc{P})$ si On dit qu'une famille $\left(D_t\right)_{t \in \R^+}$ de disques fermés de $\R^2$ vérifie $(\mc{P})$ si
+ pour tous $s, t \in \R^+$ distincts, $D_s$ et $D_t$ ont des centres distincts, + pour tous $s, t \in \R^+$ distincts, $D_s$ et $D_t$ ont des centres distincts,
@ -3731,6 +3742,7 @@ On dit qu'une famille $\left(D_t\right)_{t \in \R^+}$ de disques fermés de $\R^
3. Prendre une fonction non réglée. 3. Prendre une fonction non réglée.
#+END_proof #+END_proof
# ID:7297
#+begin_exercice [X MP 2023 # 331] #+begin_exercice [X MP 2023 # 331]
Dans tout l'énonce, $\mathbb{K}$ désigne $\R$ ou $\C$. On se donne une $\mathbb{K}$-algèbre $A$ de dimension finie, et on identifie $\mathbb{K}$ a une sous-algèbre de $A$ via $\lambda\mapsto\lambda.1_A$. On suppose donnée sur $A$ une norme multiplicative $\|\ \|$, autrement dit une norme vérifiant $\forall(a,b)\in A^2,\ \|ab\|=\|a\|\,\|b\|$. On suppose $\mathbb{K}=\C$. Dans tout l'énonce, $\mathbb{K}$ désigne $\R$ ou $\C$. On se donne une $\mathbb{K}$-algèbre $A$ de dimension finie, et on identifie $\mathbb{K}$ a une sous-algèbre de $A$ via $\lambda\mapsto\lambda.1_A$. On suppose donnée sur $A$ une norme multiplicative $\|\ \|$, autrement dit une norme vérifiant $\forall(a,b)\in A^2,\ \|ab\|=\|a\|\,\|b\|$. On suppose $\mathbb{K}=\C$.
- Soit $x\in A$. Montrer qu'il existe un $z_0\in\C$ tel que $\forall z\in\C,\ \|z_0-x\|\leq\|z-x\|$. - Soit $x\in A$. Montrer qu'il existe un $z_0\in\C$ tel que $\forall z\in\C,\ \|z_0-x\|\leq\|z-x\|$.
@ -3745,6 +3757,7 @@ Dans la suite, on suppose que $\mathbb{K}=\R$.
- Montrer que $A$ est isomorphe, en tant que $\R$-algèbre, a $\R$, $\C$ ou $\mathbb{H}$. - Montrer que $A$ est isomorphe, en tant que $\R$-algèbre, a $\R$, $\C$ ou $\mathbb{H}$.
#+end_exercice #+end_exercice
# ID: 6201
#+BEGIN_exercice [X 2023 # 332] #+BEGIN_exercice [X 2023 # 332]
Soient $a, b, c$ des entiers naturels non nuls. Montrer qu'il existe un $n \in \N^*$ tel que $\sqrt{n^4+a n^2+b n+c} \notin \N$. Soient $a, b, c$ des entiers naturels non nuls. Montrer qu'il existe un $n \in \N^*$ tel que $\sqrt{n^4+a n^2+b n+c} \notin \N$.
#+END_exercice #+END_exercice
@ -3798,7 +3811,7 @@ Soit $(a_n)_{n\geq 0}$ la suite réelle définie par $a_0=1,a_1=2$ et $\forall n
On a $(a_n)$ croissante, puis $\frac{a_{n+1}}{a_n}\ra 2$, donc $\ln (a_{n+1}) - \ln (a_n) = \ln 2 + \ln \big(1 + \frac{a_{n-1}}{2n^2 a_n}\big)$, donc $\ln (a_n) = n \ln 2 + C + o(1)$. On a $(a_n)$ croissante, puis $\frac{a_{n+1}}{a_n}\ra 2$, donc $\ln (a_{n+1}) - \ln (a_n) = \ln 2 + \ln \big(1 + \frac{a_{n-1}}{2n^2 a_n}\big)$, donc $\ln (a_n) = n \ln 2 + C + o(1)$.
#+END_proof #+END_proof
# ID:7298
#+begin_exercice [X MP 2023 # 337] #+begin_exercice [X MP 2023 # 337]
Soit $(a_n)_{n\geq 0}$ définie par $a_0=\pi/2$ et $\forall n\in\N$, $a_{n+1}=\sin(a_n)$. Nature de la série de terme général $a_n^2$ ? Soit $(a_n)_{n\geq 0}$ définie par $a_0=\pi/2$ et $\forall n\in\N$, $a_{n+1}=\sin(a_n)$. Nature de la série de terme général $a_n^2$ ?
#+end_exercice #+end_exercice
@ -3807,30 +3820,36 @@ On a $a_{n+1} - a_n \sim a_n^3$, donc $\sum a_n^3$ converge. Il faut trouver un
#+END_proof #+END_proof
# À relier # ID:3594
#+begin_exercice [X MP 2023 # 338] #+begin_exercice [X MP 2023 # 338]
Soit $\sum u_n$ une série convergente de réels positifs. Existe-t-il une suite $(v_n)_{n\geq 0}$ de réels positifs tendant vers $+\i$ telle que la série $\sum u_nv_n$ converge? Soit $\sum u_n$ une série convergente de réels positifs. Existe-t-il une suite $(v_n)_{n\geq 0}$ de réels positifs tendant vers $+\i$ telle que la série $\sum u_nv_n$ converge?
#+end_exercice #+end_exercice
#+BEGIN_proof
# Relier au précédent #+END_proof
# ID:7299
#+begin_exercice [X MP 2023 # 339] #+begin_exercice [X MP 2023 # 339]
Soit $(x_n)$ une suite réelle. On suppose que $(x_ny_n)$ est sommable pour toute suite réelle $(y_n)$ de carré sommable. Montrer que $(x_n)$ est de carré sommable. Soit $(x_n)$ une suite réelle. On suppose que $(x_n y_n)$ est sommable pour toute suite réelle $(y_n)$ de carré sommable. Montrer que $(x_n)$ est de carré sommable.
#+end_exercice #+end_exercice
#+BEGIN_proof #+BEGIN_proof
Prendre $y_n = \frac{x_n}{\sum_{k=1}^n x_k^2} = \frac{x_n}{S_n}$ ? On a bien $\sum x_n y_n$ qui diverge, mais il semble pas nécessaire que $\sum y_n^2$ converge. Prendre $y_n = \frac{x_n}{\sum_{k=1}^n x_k^2} = \frac{x_n}{S_n}$ ? On a bien $\sum x_n y_n$ qui diverge, mais il semble pas nécessaire que $\sum y_n^2$ converge.
Mais, en fait on va parfois prendre $y_n = 0$, et parfois l'autre (sur une plage $[N, 2N]$). On prend $y_n \neq 0$, sur une place $[N, 2N]$, où on sait que $S_N\gt 2^N$. Mais, en fait on va parfois prendre $y_n = 0$, et parfois l'autre (sur une plage $[N, 2N]$). On prend $y_n \neq 0$, sur une plage $[N, 2N]$, où on sait que $S_N\gt 2^N$.
#+END_proof #+END_proof
# ID: 1144
#+begin_exercice [X MP 2023 # 340] #+begin_exercice [X MP 2023 # 340]
Soit $\sigma$ une permutation de $\N^*$. Déterminer la nature de la série $\sum\frac{\sigma(n)}{n^2}$. Soit $\sigma$ une permutation de $\N^*$. Déterminer la nature de la série $\sum\frac{\sigma(n)}{n^2}$.
#+end_exercice #+end_exercice
# ID: 5479
#+begin_exercice [X MP 2023 # 341] #+begin_exercice [X MP 2023 # 341]
Étudier la convergence de la série de terme général $\frac{\sin(\ln n)}{n}$. Étudier la convergence de la série de terme général $\frac{\sin(\ln n)}{n}$.
#+end_exercice #+end_exercice
# ID:7300
#+begin_exercice [X MP 2023 # 342] #+begin_exercice [X MP 2023 # 342]
On pose $u_n=-2\sqrt{n}+\sum_{k=1}^n\frac{1}{\sqrt{k}}$ pour tout $n\geq 1$. On pose $u_n=-2\sqrt{n}+\sum_{k=1}^n\frac{1}{\sqrt{k}}$ pour tout $n\geq 1$.
- Montrer que $u$ converge vers une limite $\ell$. - Montrer que $u$ converge vers une limite $\ell$.
@ -3868,6 +3887,7 @@ puis IPP.
- Prendre $a_n =b_n = n^{-1/2 - \eps}$. - Prendre $a_n =b_n = n^{-1/2 - \eps}$.
#+END_proof #+END_proof
# ID:7301
#+begin_exercice [X MP 2023 # 345] #+begin_exercice [X MP 2023 # 345]
- Trouver les fonctions $f\colon\R\to\R$ monotones telles que - Trouver les fonctions $f\colon\R\to\R$ monotones telles que
$\forall(x,y)\in\R^2$, $f(xy)=f(x)\,f(y)$. $\forall(x,y)\in\R^2$, $f(xy)=f(x)\,f(y)$.
@ -3882,6 +3902,7 @@ puis IPP.
#+END_proof #+END_proof
# ID:7302
#+BEGIN_exercice [X 2023 # 346] #+BEGIN_exercice [X 2023 # 346]
Que dire d'une fonction $f\colon \R \ra \R$ continue, $1$-périodique et $\sqrt{2}$-périodique? Que dire d'une fonction $f\colon \R \ra \R$ continue, $1$-périodique et $\sqrt{2}$-périodique?
#+END_exercice #+END_exercice
@ -3901,31 +3922,46 @@ Remplacer par $|f'| + |f+1| = 1$ ?
#+END_proof #+END_proof
# ID:7303
#+begin_exercice [X MP 2023 # 348] :sup: #+begin_exercice [X MP 2023 # 348] :sup:
Pour $x\geq 1$, on note $\Theta(x)=\sum_{p\in\mc{P},\ p\leq x}\ln(p)$. Montrer que $\Theta(x)\underset{x\to+\i}{=}O(x)$. Pour $x\geq 1$, on note $\Theta(x)=\sum\limits_{p\in\mc{P} ; p\leq x}\ln(p)$. Montrer que $\Theta(x)\underset{x\to+\i}{=}O(x)$.
#+end_exercice #+end_exercice
#+BEGIN_proof #+BEGIN_proof
Utiliser ${2n \choose n}$. Utiliser ${2n \choose n}$.
#+END_proof #+END_proof
# ID:7304
#+begin_exercice [X MP 2023 # 349] #+begin_exercice [X MP 2023 # 349]
Soit $F$ un ferme de $\R$. Montrer qu'il existe une fonction $f$ de classe $C^{\i}$ de $\R$ dans $\R$ telle que $F=f^{-1}(\{0\})$. Soit $F$ un fermé de $\R$. Montrer qu'il existe une fonction $f$ de classe $C^{\i}$ de $\R$ dans $\R$ telle que $F=f^{-1}(\{0\})$.
#+end_exercice #+end_exercice
#+BEGIN_proof #+BEGIN_proof
$e^{-1/d(x, F)}$ $e^{-1/d(x, F)}$
#+END_proof #+END_proof
# Cf année précédente. # ID:7305
#+begin_exercice [X MP 2023 # 350] #+begin_exercice [X MP 2023 # 350]
Soit $(x_n)_{n\geq 0}$ une suite de points de $[0,1]^2$. Donner une condition nécessaire et suffisante pour que, pour toute permutation $\sigma$ de $\N$, il existe une fonction continue $f:[0,1]\to[0,1]^2$ et une suite strictement croissante $(t_n)_{n\geq 0}$ d'éléments de $[0,1]$ telle que $f(t_n)=x_{\sigma(n)}$ pour tout $n\geq 0$. Soit $(x_n)_{n\geq 0}$ une suite de points de $[0,1]^2$. Donner une condition nécessaire et suffisante pour que, pour toute permutation $\sigma$ de $\N$, il existe une fonction continue $f\colon [0,1]\to[0,1]^2$ et une suite strictement croissante $(t_n)_{n\geq 0}$ d'éléments de $[0,1]$ telle que $f(t_n)=x_{\sigma(n)}$ pour tout $n\geq 0$.
#+end_exercice #+end_exercice
#+BEGIN_proof
Si la suite $(x_n)$ n'a qu'une seule valeur d'adhérence, c'est envisageable.
Sinon, ça contredit l'uniforme continuité.
#+END_proof
# ID:7306
#+begin_exercice [X MP 2023 # 351] #+begin_exercice [X MP 2023 # 351]
Calculer $\int_0^1\frac{\ln(1+t)}{1+t^2}dt$. Calculer $\int_0^1\frac{\ln(1+t)}{1+t^2}dt$.
#+end_exercice #+end_exercice
#+BEGIN_proof
Poser $t = \tan u$, on obtient $\int_0^{\frac{\pi}{4}} \ln (1 + \tan ^2 u)\du = -2 \int_0^{\frac{\pi}{2}} \ln \cos u \du$, qui est classique.
Elle se calcule en gardant le $\cos^2$, le transformant en $\sin^2$, et une formule de trigonométrie de $\sin (2t)$.
#+END_proof
# ID: 3719
#+begin_exercice [X MP 2023 # 352] #+begin_exercice [X MP 2023 # 352]
Pour $n\in\N^*$, on note $L_n$ la derivée $n$-ième de $(X^2-1)^n$. Pour $n\in\N^*$, on note $L_n$ la derivée $n$-ième de $(X^2-1)^n$.
- Soit $n\in\N^*$. Montrer que $\colon\forall P\in\R_{n-1}[X]$, $\int_{-1}^1PL_n=0$. - Soit $n\in\N^*$. Montrer que $\colon\forall P\in\R_{n-1}[X]$, $\int_{-1}^1PL_n=0$.
@ -3933,6 +3969,7 @@ Pour $n\in\N^*$, on note $L_n$ la derivée $n$-ième de $(X^2-1)^n$.
- Montrer qu'il existe $\alpha_1,\ldots,\alpha_n\in\R$ tels que $\colon\forall P\in\R_{2n-1}[X]$, $\int_{-1}^1P=\sum_{i=1}^n\alpha_iP(x_i)$. - Montrer qu'il existe $\alpha_1,\ldots,\alpha_n\in\R$ tels que $\colon\forall P\in\R_{2n-1}[X]$, $\int_{-1}^1P=\sum_{i=1}^n\alpha_iP(x_i)$.
#+end_exercice #+end_exercice
# ID:7307
#+begin_exercice [X MP 2023 # 353] #+begin_exercice [X MP 2023 # 353]
Pour $n\in\N$, on pose $I_n=\sum_{k=0}^n(-1)^k {n\choose k}^3$. Pour $n\in\N$, on pose $I_n=\sum_{k=0}^n(-1)^k {n\choose k}^3$.
- On suppose $n$ impair. Montrer que $I_n=0$. - On suppose $n$ impair. Montrer que $I_n=0$.
@ -3941,7 +3978,7 @@ Pour $n\in\N$, on pose $I_n=\sum_{k=0}^n(-1)^k {n\choose k}^3$.
$$I_{2n}=(-1)^n\frac{4^{3n-1}}{\pi^2}\int_0^{2\pi}\int_0^{2\pi} \sin^{2n}(x)\,\sin^{2n}(y)\,\sin^{2n}(x+y)\dx\dy$$. $$I_{2n}=(-1)^n\frac{4^{3n-1}}{\pi^2}\int_0^{2\pi}\int_0^{2\pi} \sin^{2n}(x)\,\sin^{2n}(y)\,\sin^{2n}(x+y)\dx\dy$$.
#+end_exercice #+end_exercice
#+BEGIN_proof #+BEGIN_proof
- Changement de variable, à extraire ? - Changement de variable, $k' = -k$.
- $n$ multiple de $4$ signifie qu'il y a un terme central, et qu'il a un signe positif. - $n$ multiple de $4$ signifie qu'il y a un terme central, et qu'il a un signe positif.
Il suffit de montrer que, pour $k-1 \geq n$, ${n\choose k}^3 \leq \frac{1}{2}\big({n\choose k-1}^3 + {n\choose k+1}^3\big)$. Il suffit de montrer que, pour $k-1 \geq n$, ${n\choose k}^3 \leq \frac{1}{2}\big({n\choose k-1}^3 + {n\choose k+1}^3\big)$.
@ -3953,11 +3990,18 @@ Pour $n\in\N$, on pose $I_n=\sum_{k=0}^n(-1)^k {n\choose k}^3$.
#+END_proof #+END_proof
# ID:7308
#+begin_exercice [X MP 2023 # 354] #+begin_exercice [X MP 2023 # 354]
- Soient $n\in\N^*$ et $f:[0,2\pi]\to\R$ continue. Montrer que$H_n:(a_0,\ldots,a_n,b_1,\ldots,b_n)\in\R^{2n+1}\mapsto\int_0^{2 \pi}\left(a_0+\sum_{k=1}^n(a_k\cos(kt)+b_k\sin(kt))-f(t)\right)^2\, dt$ admet un minimum, atteint en un unique point, et donner une expression simple de ce point en fonction de $f$. - Soient $n\in\N^*$ et $f\colon [0,2\pi]\to\R$ continue. Montrer que $H_n\colon (a_0,\ldots,a_n,b_1,\ldots,b_n)\in\R^{2n+1}\mapsto\int_0^{2 \pi}\big(a_0+\sum_{k=1}^n(a_k\cos(kt)+b_k\sin(kt))-f(t)\big)^2 \dt$ admet un minimum, atteint en un unique point, et donner une expression simple de ce point en fonction de $f$.
- Déterminer la limite de $\min H_n$ quand $n$ tend vers $+\i$. - Déterminer la limite de $\min H_n$ quand $n$ tend vers $+\i$.
#+end_exercice #+end_exercice
#+BEGIN_proof
- C'est du Fourier. Les $\cos/sin$ sont à peu près une BON, donc $a_k = \int_0^{2\pi} f(t) \cos (kt)$.
- Weierstrass.
#+END_proof
# ID:7309
#+begin_exercice [X MP 2023 # 355] #+begin_exercice [X MP 2023 # 355]
Justifier l'existence et calculer $\int_0^1\frac{dt}{2+\lfloor\frac{1}{t}\rfloor}$. Justifier l'existence et calculer $\int_0^1\frac{dt}{2+\lfloor\frac{1}{t}\rfloor}$.
#+end_exercice #+end_exercice
@ -3972,10 +4016,15 @@ Soit $f\colon x \in \R \mapsto e^{\frac{x^2}{2}} \int_x^{+\i} e^{-\frac{t^2}{2}}
1. Donner un développement limité à quatre termes de $f(x)$ quand $x \ra+\i$. 1. Donner un développement limité à quatre termes de $f(x)$ quand $x \ra+\i$.
#+END_exercice #+END_exercice
#+BEGIN_proof #+BEGIN_proof
1. On a $xf(x)\lt e^{x^2/2} \int_x^{+\i} t e^{-\frac{t^2}{2}}\dt$, ou IPP.
2. L'IPP donne $\frac{1}{x} - e^{x^2/2} \int_x^{+\i} \frac{e^{-t^2/2}}{t^2}$. Une autre donnera $\geq \frac{1}{x} - \frac{1}{x^3}$, ce qui ne permet pas de conclure.
L'inégalité revient à montrer que $f(x)^2 + x f(x) - 1 \geq 0$. !!
3. IPP successives semblent fonctionner.
#+END_proof #+END_proof
# ID:7310
#+BEGIN_exercice [X 2023 # 357] #+BEGIN_exercice [X 2023 # 357]
Soient $u, v \in \R$. Pour $r \in \R^+ \setminus\{|u|,|v|\}$, calculer $I_r(u, v)=\int_0^{2 \pi} \frac{d \theta}{\left(u-r e^{i \theta}\right)\left(v-r e^{i \theta}\right)}$. Soient $u, v \in \R$. Pour $r \in \R^+ \setminus\{|u|,|v|\}$, calculer $I_r(u, v)=\int_0^{2 \pi} \frac{d \theta}{\left(u-r e^{i \theta}\right)\left(v-r e^{i \theta}\right)}$.
#+END_exercice #+END_exercice
@ -3983,32 +4032,43 @@ Soient $u, v \in \R$. Pour $r \in \R^+ \setminus\{|u|,|v|\}$, calculer $I_r(u, v
#+END_proof #+END_proof
# ID:7311
#+begin_exercice [X MP 2023 # 358] #+begin_exercice [X MP 2023 # 358]
Soit $f\colon\R\to\R^+$ intégrable, de classe $\mc C^1$, telle que $\int_{-\i}^{+\i}f(t)\,dt=1$. On suppose que $f'$ s'annule en un unique $M\in\R$. Soit $f\colon\R\to\R^+$ intégrable, de classe $\mc C^1$, telle que $\int_{-\i}^{+\i}f(t)\,dt=1$. On suppose que $f'$ s'annule en un unique $M\in\R$.
- Donner le tableau de variations de $f$. Montrer qu'il existe un unique $m\in\R$ tel que $\int_{-\i}^mf(t)dt=\frac{1}{2}$. - Donner le tableau de variations de $f$. Montrer qu'il existe un unique $m\in\R$ tel que $\int_{-\i}^mf(t)dt=\frac{1}{2}$.
- Montrer que, pour tout $\ell\in]0,f(M)[$ il existe un unique couple $(x_1,x_2)\in\R^2$ tel que $x_1\lt M\lt x_2$ et $f(x_1)=f(x_2)=\ell$. - Montrer que, pour tout $\l\in \interval]{0, f(M)}[$ il existe un unique couple $(x_1,x_2)\in\R^2$ tel que $x_1\lt M\lt x_2$ et $f(x_1)=f(x_2)=\l$.
- Supposons que, pour tout $\ell\in]0,f(M)[$, $f'(x_1)+f'(x_2)\gt 0$. Montrer que $m\gt M$. - Supposons que, pour tout $\l\in ]0,f(M)[\interval]{0, f(M)}[$, $f'(x_1)+f'(x_2)\gt 0$. Montrer que $m\gt M$.
#+end_exercice #+end_exercice
#+BEGIN_proof #+BEGIN_proof
- $f$ est croissante, puis décroissante, puisque sa limite est nulle en $\pm \i$. - $f$ est croissante, puis décroissante, puisque sa limite est nulle en $\pm \i$.
- -
- Revient à montrer que $\int_{-\i}^M f(t)\dt \lt \int_{M}^{+\i} f(t)\dt$, via un changement de variable. - Revient à montrer que $\int_{-\i}^M f(t)\dt \lt \int_{M}^{+\i} f(t)\dt$, via un changement de variable.
On a $\int_{-\i}^M f(t)\dt = \int_0^{f(M)} f(x_1(u)) \frac{\du}{f'(x_1(u))}$
et $\int_{M}^{+\i} f(t)\dt = -\int_0^{f(M)} f(x_2(u)) \frac{\du}{f'(x_2(u))}$.
#+END_proof #+END_proof
# ID:7312
#+begin_exercice [X MP 2023 # 359] #+begin_exercice [X MP 2023 # 359]
- Soient $a$ et $b$ deux suites réelles telles que $b-a$ converge vers $0$. Soit $(f_m)_{m\in\N}$ une suite de fonctions de $\R$ dans $\R$. On suppose que, pour tout $m\geq 0$, il existe un entier $N_m$ tel que $\forall n\geq N_m,\ a_m\leq f_n\leq b_m$. Montrer que $(f_m)$ converge uniformément vers une fonction constante. - Soient $a$ et $b$ deux suites réelles telles que $b-a$ converge vers $0$. Soit $(f_m)_{m\in\N}$ une suite de fonctions de $\R$ dans $\R$. On suppose que, pour tout $m\geq 0$, il existe un entier $N_m$ tel que $\forall n\geq N_m,\ a_m\leq f_n\leq b_m$. Montrer que $(f_m)$ converge uniformément vers une fonction constante.
- On note $H$ l'ensemble des fonctions continues $f\colon\R\to\R$ strictement croissantes et telles que $f(x+1)=f(x)+1$ pour tout $x\in\R$. Montrer que $H$ forme un groupe pour la composition des fonctions. - On note $H$ l'ensemble des fonctions continues $f\colon\R\to\R$ strictement croissantes et telles que $f(x+1)=f(x)+1$ pour tout $x\in\R$. Montrer que $H$ forme un groupe pour la composition des fonctions.
- Soit $f\in H$. Montrer que $\sup\{f(x)-x,\ x\in\R\}\lt 1+\inf\{f(x)-x,\ x\in\R\}$. - Soit $f\in H$. Montrer que $\sup\{f(x)-x,\ x\in\R\}\lt 1+\inf\{f(x)-x,\ x\in\R\}$.
#+end_exercice #+end_exercice
#+BEGIN_proof #+BEGIN_proof
- Suite de Cauchy. - La suite $(f_n)$ est de Cauchy (à la main : choisir $n_0$ tel que $|b_n - a_n|\leq \eps$), puis $n\geq N_{n_0}$. (Ce serait bien d'avoir un argument sans Cauchy…)
Donc $a_m, b_m$ convergent, donc $f_n$ converge vers leurs limites.
-
- Trivial.
#+END_proof #+END_proof
# ID:7313
#+begin_exercice [X MP 2023 # 360] #+begin_exercice [X MP 2023 # 360]
On note $F$ l'ensemble des fonctions de $[0,1]$ dans $[0,1]$, $C$ l'ensemble des fonctions continues de $F$. On note aussi $I=\{f\in F\;;\ \forall a\in[0,1],\ \{x\in[0,1],\ f(x)\leq a\}$ est ferme$\}$ et $S=\{f\in F\;;\ \forall a\in[0,1],\ \{x\in[0,1],\ f(x)\geq a\}$ est ferme$\}$. On note $F$ l'ensemble des fonctions de $[0,1]$ dans $[0,1]$, $C$ l'ensemble des fonctions continues de $F$. On note aussi
$$I=\big\{f\in F \text{ t.q. } \forall a\in[0,1],\ \{x\in[0,1] \mid f(x)\leq a\} \text{ est fermé}\big\} \et S=\big\{f\in F \text{ t.q. } \forall a\in[0,1],\ \{x\in[0,1] \mid f(x)\geq a\} \text{ est fermé}\big\}$$
Pour $f\in F$ et $n\in\N$, soit $L_n(f)\colon x\in[0,1]\mapsto\inf_{y\in[0,1]}\left(f(y)+n|x-y|\right)\in[0,1]$. Pour $f\in F$ et $n\in\N$, soit $L_n(f)\colon x\in[0,1]\mapsto\inf\limits_{y\in[0,1]}\left(f(y)+n|x-y|\right)\in[0,1]$.
- Montrer que $C=I\cap S$. - Montrer que $C=I\cap S$.
- Montrer que, si $f\in F$, $L_n(f)$ est une suite croissante d'applications continues. - Montrer que, si $f\in F$, $L_n(f)$ est une suite croissante d'applications continues.
- Soit $f\in F$. Montrer que $f\in I$ si et seulement s'il existe une suite $(f_n)_{n\geq 0}$ de fonctions de $C$ telle que pour tout $x\in[0,1]$, $f(x)=\sup_{n\in\N}f_n(x)$. - Soit $f\in F$. Montrer que $f\in I$ si et seulement s'il existe une suite $(f_n)_{n\geq 0}$ de fonctions de $C$ telle que pour tout $x\in[0,1]$, $f(x)=\sup_{n\in\N}f_n(x)$.
@ -4016,19 +4076,29 @@ Pour $f\in F$ et $n\in\N$, soit $L_n(f)\colon x\in[0,1]\mapsto\inf_{y\in[0,1]}\l
#+BEGIN_proof #+BEGIN_proof
- $\subset$ clair ; $\supset$ : dans l'intersection, on a $f^{-1}([a,b])$ fermé, donc par complémentaire, $f^{-1}\big(\interval]{a, b}[\big)$ ouvert. - $\subset$ clair ; $\supset$ : dans l'intersection, on a $f^{-1}([a,b])$ fermé, donc par complémentaire, $f^{-1}\big(\interval]{a, b}[\big)$ ouvert.
- La croissance est claire, la continuité est classique. - La croissance est claire, la continuité est classique.
- À faire, … - Soit $f\in I$. Alors $L_n(f)$ est continue (question précédente), et $f(x) = \sup f_n(x)$, car l'ensemble $y \mid f(y)\leq f(x) - \eps$ est compact.
Réciproquement, si $f = \sup f_n$. Pour tout $a$, $\{x \mid f(x)\leq a\} = \bigcap_{n} \{f_n(x)\leq a\}$ est une intersection de fermés.
#+END_proof #+END_proof
#+begin_exercice [X MP 2023 # 361] #+begin_exercice [X MP 2023 # 361]
Soient $a\in\R^{+*}$ et $f\colon\R^+\to\R^{+*}$ de classe $C^1$ telle que $\dfrac{f'(x)}{f(x)}\sim\dfrac{a}{x}$ quand $x\to+\i$. Soient $a\in\R^{+*}$ et $f\colon\R^+\to\R^{+*}$ de classe $C^1$ telle que $\dfrac{f'(x)}{f(x)}\sim\dfrac{a}{x}$ quand $x\to+\i$.
- Rappeler le théorème d'intégration des relations de comparaison. 1. s Rappeler le théorème d'intégration des relations de comparaison.
- Donner un équivalent de $\ln f(x)$ quand $x\to+\i$. 2. Donner un équivalent de $\ln f(x)$ quand $x\to+\i$.
- Déterminer le domaine de définition de la fonction $u:x\mapsto\sum_{n=0}^{+\i}f(n)e^{-nx}$. 3. Déterminer le domaine de définition de la fonction $u\colon x\mapsto\sum_{n=0}^{+\i}f(n)e^{-nx}$.
- Déterminer les limites de $u$ aux bornes de son intervalle de définition. 4. Déterminer les limites de $u$ aux bornes de son intervalle de définition.
- Montrer qu'il existe une constante $C\gt 0$ telle que $f(x)\sim\dfrac{C}{x}f\left(\dfrac{1}{x}\right)$ quand $x\to+\i$. 5. Montrer qu'il existe une constante $C\gt 0$ telle que $u(x)\sim\dfrac{C}{x}u\left(\dfrac{1}{x}\right)$ quand $x\to+\i$.
#+end_exercice #+end_exercice
#+BEGIN_proof
1.
2. $\ln f(x) \sim a \ln x$.
3. Tout $x\gt 0$.
4. L'infini et $0$.
5. !!
#+END_proof
# ID:7314
#+begin_exercice [X MP 2023 # 362] #+begin_exercice [X MP 2023 # 362]
Soit $(a_n)_{n\in\N}$ une suite réelle telle que $a_0\gt 0$, $a_1\gt 0$ et Soit $(a_n)_{n\in\N}$ une suite réelle telle que $a_0\gt 0$, $a_1\gt 0$ et
@ -4042,9 +4112,9 @@ $$\forall n\in\N,\ a_{n+2}=\dfrac{n+4}{n+1}a_{n+1}+\dfrac{3n+7}{n+2}a_n.$$
#+END_proof #+END_proof
# À relier # ID:7315
#+begin_exercice [X MP 2023 # 363] #+begin_exercice [X MP 2023 # 363]
Pour $x$ réel, on pose $f(x)=\sum_{n=1}^{+\i}\dfrac{x^n}{1-x^n}$ sous reserve de convergence. Pour $x$ réel, on pose $f(x)=\sum_{n=1}^{+\i}\dfrac{x^n}{1-x^n}$ sous réserve de convergence.
- Déterminer le domaine de définition de $f$. - Déterminer le domaine de définition de $f$.
- Étudier la continuité puis la dérivabilité de $f$. - Étudier la continuité puis la dérivabilité de $f$.
- Donner un équivalent simple de $f$ en $1^-$. - Donner un équivalent simple de $f$ en $1^-$.
@ -4057,25 +4127,27 @@ Pour $x$ réel, on pose $f(x)=\sum_{n=1}^{+\i}\dfrac{x^n}{1-x^n}$ sous reserve d
#+END_proof #+END_proof
# Relier à un précédent # ID:7316
#+begin_exercice [X MP 2023 # 364] #+begin_exercice [X MP 2023 # 364]
- Soient $U$ un voisinage de $0$ dans $\C$, et $f:U\to\C$ somme d'une série entière. Soit $k\in\N^*$ tel que $f(z)=O(z^k)$ quand $z$ tend vers $0$. Montrer que, pour $r$ voisin de $0^+$, il existe au moins $2k$ nombres complexes $z$ de module $r$ tels que $f(z)$ soit un nombre réel. Soient $U$ un voisinage de $0$ dans $\C$, et $f\colon U\to\C$ somme d'une série entière. Soit $k\in\N^*$ tel que $f(z)=O(z^k)$ quand $z$ tend vers $0$. Montrer que, pour $r$ voisin de $0^+$, il existe au moins $2k$ nombres complexes $z$ de module $r$ tels que $f(z)$ soit un nombre réel.
- Soient $A$ et $B$ deux polynômes a coefficients réels dont toute combinaison linéaire a coefficients réels est scindée ou nulle. Soient $x\lt y$ deux racines de $A$. Montrer que $[x,y]$ contient au moins une racine de $B$.
#+end_exercice #+end_exercice
#+BEGIN_proof
On a $f(z) \sim a z^{\l}$, avec $\l\geq k$. On considère $g(\theta) =\frac{f(re^{i\theta})}{r^\l e^{i\l \theta}}$, $g$ est continue, et proche de $1$. Donc l'argument de $f(r^{i\theta})$ est proche de $\l \theta$, donc il s'annule beaucoup.
#+END_proof
# ID:7317
#+begin_exercice [X MP 2023 # 365] #+begin_exercice [X MP 2023 # 365]
Soit $\sum a_nz^n$ une série entière de rayon de convergence égal a $1$ et de somme $f$. Soit $\sum a_nz^n$ une série entière de rayon de convergence égal à $1$ et de somme $f$.
On suppose qu'il existe $C\gt 0$ tel que $\forall r\in[0,1[$, $\int_0^{2\pi}|f'(re^{i\theta})|d\theta\leq C$. On suppose qu'il existe $C\gt 0$ tel que $\forall r\in[0,1[$, $\int_0^{2\pi}|f'(re^{i\theta})|d\theta\leq C$. Montrer que $\int_0^1|f(t)|dt\lt +\i$.
Montrer que $\int_0^1|f(t)|dt\lt +\i$.
#+end_exercice #+end_exercice
#+BEGIN_proof #+BEGIN_proof
Formule de Cauchy donne $(a_k k)$ bornée, donc $\sum |a_k|/k$ converge. Formule de Cauchy donne $(a_k k)$ bornée, donc $\sum |a_k|/k$ converge.
#+END_proof #+END_proof
# ID:7318
#+BEGIN_exercice [X 2023 # 366] #+BEGIN_exercice [X 2023 # 366]
Soit $P=a_1 X+\cdots+a_d X^d \in \Z[X]$ avec $a_1$ impair. Soit $P=a_1 X+\cdots+a_d X^d \in \Z[X]$ avec $a_1$ impair.
1. Montrer l'existence d'une suite réelle $\left(b_k\right)_{k \geq 0}$ telle que : $\forall x \in \R, \exp (P(x))=\sum_{k=0}^{+\i} b_k x^k$. 1. Montrer l'existence d'une suite réelle $\left(b_k\right)_{k \geq 0}$ telle que : $\forall x \in \R, \exp (P(x))=\sum_{k=0}^{+\i} b_k x^k$.
@ -4086,23 +4158,25 @@ Soit $P=a_1 X+\cdots+a_d X^d \in \Z[X]$ avec $a_1$ impair.
2. Quand on dérive successivement $e^P$, on trouve une quantité qui vaut toujours $1$ modulo $2$. 2. Quand on dérive successivement $e^P$, on trouve une quantité qui vaut toujours $1$ modulo $2$.
#+END_proof #+END_proof
# ID:7319
#+begin_exercice [X MP 2023 # 367] #+begin_exercice [X MP 2023 # 367]
Pour $x$ et $q$ dans $]0,1[$, on pose $(x,q)_n=\prod_{k=0}^{n-1}(1-q^kx)$. Pour $x$ et $q$ dans $]0,1[$, on pose $(x,q)_n=\prod_{k=0}^{n-1}(1-q^kx)$.
- Montrer que la suite de terme général $(x,q)_n$ converge vers un réel $(x,q)_{\i}\gt 0$. - Montrer que la suite de terme général $(x,q)_n$ converge vers un réel $(x,q)_{\i}\gt 0$.
- Déterminer le rayon de convergence de la série entière $\sum_{n\geq 0}\frac{(x,q)_n}{(q,q)_n}z^n$. On notera $f_{x,q}$ sa somme sur le disque ouvert de convergence, et $D$ son disque ouvert de convergence. - Déterminer le rayon de convergence de la série entière $\sum_{n\geq 0}\frac{(x,q)_n}{(q,q)_n}z^n$. On notera $f_{x,q}$ sa somme sur le disque ouvert de convergence, et $D$ son disque ouvert de convergence.
- Etablir l'identife $f_{x,q}(z)-f_{x,q}(qz)=(1-x)zf_{x,q,q}(z)$ pour tout $z\in D$. - Etablir l'identi $f_{x,q}(z)-f_{x,q}(qz)=(1-x)zf_{x,q,q}(z)$ pour tout $z\in D$.
- Etablir l'identife $f_{x,q}(z)=\frac{1-xz}{1-z}f_{x,q}(qz)$ pour tout $z\in D$. - Etablir l'identi $f_{x,q}(z)=\frac{1-xz}{1-z}f_{x,q}(qz)$ pour tout $z\in D$.
- Démontrer que $f_{x,q}(z)=\frac{(zx,q)_{\i}}{(z,q)_{\i}}$ pour tout $z\in D$. - Démontrer que $f_{x,q}(z)=\frac{(zx,q)_{\i}}{(z,q)_{\i}}$ pour tout $z\in D$.
- Soit $\alpha\in\R^{+*}$. Déterminer, pour tout $z\in D$, la limite de $f_{q^{\alpha},q}(z)$ quand $q$ tend vers $1^-$. - Soit $\alpha\in\R^{+*}$. Déterminer, pour tout $z\in D$, la limite de $f_{q^{\alpha},q}(z)$ quand $q$ tend vers $1^-$.
#+end_exercice #+end_exercice
# ID:7320
#+begin_exercice [X MP 2023 # 368] #+begin_exercice [X MP 2023 # 368]
- Pour $x\geq 0$ on pose $f(x)=\op{card}\big\{(n,m)\in(\N^*)^2,n^2+m^2 \leq x\big\}$. Trouver un équivalent de $f(x)$ lorsque $x\to+\i$. - Pour $x\geq 0$ on pose $f(x)=\op{card}\big\{(n,m)\in(\N^*)^2 \mid n^2+m^2 \leq x\big\}$. Trouver un équivalent de $f(x)$ lorsque $x\to+\i$.
- On pose $g(t)=\sum_{n=0}^{+\i}t^{n^2}$. Trouver un équivalent de $g$ en $1^-$ en utilisant $g^2$. - On pose $g(t)=\sum_{n=0}^{+\i}t^{n^2}$. Utiliser ce qui précède pour trouver un équivalent de $g$ en $1^-$.
#+end_exercice #+end_exercice
#+BEGIN_proof #+BEGIN_proof
- -
- Considérer $(\sum t^n) g(t)$. - Considérer $(\sum t^n) g(t)^2 = \sum f(n) t^n$., avec $f(n)\sim Cn$. Puis passer aux $\eps$ pour justifier.
#+END_proof #+END_proof
@ -4122,50 +4196,69 @@ Soit $p$ un nombre premier. Pour tout $F\in\mathbb{F}_p[X]$, on pose $|F|=p^{\de
#+END_proof #+END_proof
# ID:7321
#+begin_exercice [X MP 2023 # 370] #+begin_exercice [X MP 2023 # 370]
Soit $f$ continue sur $[0,1]$ et $g\colon x\mapsto\int_0^1\frac{f(t)}{1+xt}dt$ pour $x\geq 0$. On suppose $f(0)\neq 0$. Soit $f$ continue sur $[0,1]$ et $g\colon x\mapsto\int_0^1\frac{f(t)}{1+xt}\dt$ pour $x\geq 0$. On suppose $f(0)\neq 0$.
- Donner un équivalent de $g$ lorsque $x\to+\i$. - Donner un équivalent de $g$ lorsque $x\to+\i$.
- On suppose $f$ de classe $\mc C^1$. Majorer l'ecart avec l'équivalent trouve. - On suppose $f$ de classe $\mc C^1$. Majorer l'écart avec l'équivalent trouvé.
- Que peut-on dire de plus si $f$ est de classe $\mc C^2$? - Que peut-on dire de plus si $f$ est de classe $\mc C^2$?
#+end_exercice #+end_exercice
#+BEGIN_proof #+BEGIN_proof
- CVD - CVD
-
-
#+END_proof #+END_proof
# Manque une fin
# ID:nil
#+begin_exercice [X MP 2023 # 371] #+begin_exercice [X MP 2023 # 371]
- Déterminer le domaine de définition de $f\colon x\mapsto\frac{2}{\sqrt{\pi}}\int_0^{\pi/2}(\cos t)^{2x}\,dt$. - Déterminer le domaine de définition de $f\colon x\mapsto\frac{2}{\sqrt{\pi}}\int_0^{\pi/2}(\cos t)^{2x}\,dt$.
- Montrer, pour tout réel $x\gt 0$, l'égalité $f(x)=\frac{2}{\sqrt{\pi}}\int_0^{+\i}\frac{u\exp\!\left(-u^2 \big{(}x+\frac{1}{2}\big{)}\right)}{\sqrt{1-e^{-u^2}}}du$. - Montrer, pour tout réel $x\gt 0$, l'égalité $f(x)=\frac{2}{\sqrt{\pi}}\int_0^{+\i}\frac{u\exp\!\left(-u^2 \big{(}x+\frac{1}{2}\big{)}\right)}{\sqrt{1-e^{-u^2}}}du$.
#+end_exercice #+end_exercice
# ID:7322
#+begin_exercice [X MP 2023 # 372] #+begin_exercice [X MP 2023 # 372]
- Calculer $\int_0^{+\i}e^{-t}\sin(xt)\,dt$ pour tout réel $x$. - Calculer $\int_0^{+\i}e^{-t}\sin(xt)\,dt$ pour tout réel $x$.
- On pose $F:x\mapsto\int_0^{+\i}\frac{\sin(xt)}{t\,(1+t^2)}\,dt$. Montrer que $F$ est de classe $\mc C^2$ sur $\R^{+*}$ et que $\forall x\gt 0,\ F^{''}(x)=F(x)-\int_0^{+\i}\frac{\sin t}{t}\, dt$ - On pose $F:x\mapsto\int_0^{+\i}\frac{\sin(xt)}{t\,(1+t^2)}\,dt$. Montrer que $F$ est de classe $\mc C^2$ sur $\R^{+*}$ et que $\forall x\gt 0,\ F^{''}(x)=F(x)-\int_0^{+\i}\frac{\sin t}{t}\, dt$
- Donner une expression simplifiée de $F$. - Donner une expression simplifiée de $F$.
#+end_exercice #+end_exercice
#+begin_exercice [X MP 2023 # 373] #+begin_exercice [X MP 2023 # 373] :todo:
Soit $f\in\mc C^0(\R^{+*},\R)$ de carré intégrable. On pose $S_f:x\in\R^{+*}\mapsto\int_0^{+\i}\frac{f(y)}{x+y}dy$. Soit $f\in\mc C^0(\R_+^{*},\R)$ de carré intégrable. On pose $S_f\colon x\in\R_+^{*}\mapsto\int_0^{+\i}\frac{f(y)}{x+y}dy$.
- Justifier la bonne définition de $S_f$. - Justifier la bonne définition de $S_f$.
- Montrer que $S_f$ est de carré intégrable. - Montrer que $S_f$ est de carré intégrable.
#+end_exercice #+end_exercice
#+BEGIN_proof #+BEGIN_proof :todo:
- CS - CS
- Relier à des semblables. - !!
#+END_proof #+END_proof
# ID:7324
#+begin_exercice [X MP 2023 # 374] #+begin_exercice [X MP 2023 # 374]
Soient $\alpha,\beta\gt 0$. Pour $x\gt 0$, on pose $I(x)=\int_0^{+\i}t^{\beta-1}e^{-t-xt^{\alpha}}\,dt$. Soient $\alpha,\beta\gt 0$. Pour $x\gt 0$, on pose $I(x)=\int_0^{+\i}t^{\beta-1}e^{-t-xt^{\alpha}}\,dt$.
- Déterminer la limite et un équivalent de $I$ en $+\i$. - Déterminer la limite et un équivalent de $I$ en $+\i$.
- Donner un développement asymptotique de $I$ a tout ordre. - Donner un développement asymptotique de $I$ à tout ordre.
- Donner une condition nécessaire et suffisante pour que ce développement soit la somme partielle d'une série convergente pour tout $x\gt 0$. - Donner une condition nécessaire et suffisante pour que ce développement soit la somme partielle d'une série convergente pour tout $x\gt 0$.
#+end_exercice #+end_exercice
#+BEGIN_proof
- Tend vers $0$, faire un changement de variable pour l'équivalent : $t = \frac{u}{x^{1/\a}}$ ; On obtient $\frac{1}{x^{\b/\a}} \int_0^{+\i} u^{\b - 1} e^{-u/x^{1/\a}} e^{-u^{\a}}\du$.
Quand à la valeur de l'intégrale, : $\int_0^{+\i} u^{\b - 1} e^{-u^{\a}}\du$, poser $x = u^{\a}$, puis IPPs successives.
- On peut développer $e^{-u/x}$ en série.
-
#+END_proof
# ID:7325
#+begin_exercice [X MP 2023 # 375] #+begin_exercice [X MP 2023 # 375]
- Soient $K$ un segment et $f:K\to K$ une fonction continue croissante. Montrer que $f$ admet un point fixe. - Soient $K$ un segment et $f\colon K\to K$ une fonction continue croissante. Montrer que $f$ admet un point fixe.
- On considère l'équation différentielle non linéaire $(E)\colon\ x'=\cos(x)+\cos(t)$. On admet que pour tout $a\in\R$ il existe une unique solution $\phi_a$ de $(E)$ sur $\R$ vérifiant $\phi(0)=a$, et que, pour tous $a,b$ réels distincts, les fonctions $\phi_a$ et $\phi_b$ ne coincident en aucun point. Montrer que $(E)$ possède une solution $2\pi$-périoddique. - On considère l'équation différentielle non linéaire $(E)\colon x'=\cos(x)+\cos(t)$. On admet que pour tout $a\in\R$ il existe une unique solution $\phi_a$ de $(E)$ sur $\R$ vérifiant $\phi(0)=a$, et que, pour tous $a,b$ réels distincts, les fonctions $\phi_a$ et $\phi_b$ ne coincident en aucun point. Montrer que $(E)$ possède une solution $2\pi$-périoddique.
#+end_exercice #+end_exercice
#+BEGIN_proof
-
- Quand $x = 0$, la fonction est croissante, donc une solution ne peut pas passer sous $0$. Quand $x = \pi$, la fonction est décroissante, donc la fonction ne peut pas passer au dessus de $\pi$. Il existe donc $a\in [0,\pi]$ tel que $\phi_a(2\pi) = \phi_a(0)$.
#+END_proof
# ID:6896 # ID:6896
#+begin_exercice [X MP 2023 # 376] #+begin_exercice [X MP 2023 # 376]
@ -4194,17 +4287,20 @@ Soient $v\colon \R\to\R$ une fonction continue à support compact et $\omega\in\
1. Appliquer les conditions aux bords du compact. 1. Appliquer les conditions aux bords du compact.
2. Pas de difficulté. 2. Pas de difficulté.
3. Méthode de variation de la constante je pense, à écrire. 3. Méthode de variation de la constante je pense, à écrire.
4. !!
#+END_proof #+END_proof
# ID:7243
#+begin_exercice [X MP 2023 # 378] #+begin_exercice [X MP 2023 # 378]
Soient $q_1,q_2$ deux fonctions continues de $\R^+$ dans $\R$ telles que $q_1\leq q_2$. On considère l'équation différentielle $(E_i):y^{''}+q_i(t)\,y=0$ pour $i\in\{1,2\}$. Soient $q_1,q_2$ deux fonctions continues de $\R^+$ dans $\R$ telles que $q_1\leq q_2$. On considère l'équation différentielle $(E_i)\colon y''+q_i(t)\,y=0$ pour $i\in\{1,2\}$.
- Soient $y_1,y_2$ des solutions respectives de $(E_1)$ et $(E_2)$ sur $I$. Soient $\alpha\lt \beta$ deux zeros de $y_1$. Montrer que $y_2$ s'annule dans $[\alpha,\beta]$. - Soient $y_1,y_2$ des solutions respectives de $(E_1)$ et $(E_2)$ sur $I$. Soient $\alpha\lt \beta$ deux zeros de $y_1$. Montrer que $y_2$ s'annule dans $[\alpha,\beta]$.
- Soient $q\colon\R^+\to\R$ continue, $m,M$ deux réels strictement positifs tels que $m\leq q\leq M$. Soient $\alpha\lt \beta$ deux zeros consecutifs d'une solution non nulle $x$ de $y''+q(t)\,y=0$. - Soient $q\colon\R^+\to\R$ continue, $m,M$ deux réels strictement positifs tels que $m\leq q\leq M$. Soient $\alpha\lt \beta$ deux zeros consecutifs d'une solution non nulle $x$ de $y''+q(t)\,y=0$.
- Montrer que les zeros de $x$ fortner une suite strictement croissante $(t_n)_{n\in\N}$. - Montrer que les zeros de $x$ fortner une suite strictement croissante $(t_n)_{n\in\N}$.
- Montrer que $\frac{\pi}{\sqrt{M}}\leq t_{n+1}-t_n\leq\frac{\pi}{\sqrt{m}}$ pour tout $n\in\N$. - Montrer que $\frac{\pi}{\sqrt{M}}\leq t_{n+1}-t_n\leq\frac{\pi}{\sqrt{m}}$ pour tout $n\in\N$.
#+end_exercice #+end_exercice
# ID:7326
#+begin_exercice [X MP 2023 # 379] #+begin_exercice [X MP 2023 # 379]
- Soit $p$ un projecteur d'un espace vectoriel $E$ de dimension finie, et $u\in\mc{L}(E)$ tel que $pu+up=u$. Montrer que $\mathrm{tr}(u)=0$. - Soit $p$ un projecteur d'un espace vectoriel $E$ de dimension finie, et $u\in\mc{L}(E)$ tel que $pu+up=u$. Montrer que $\mathrm{tr}(u)=0$.
- Soit $E$ un espace euclidien de dimension $n\geq 1$. Soit $r\in\db{0,n}$. On note $G$ l'ensemble des projecteurs orthogonaux de $E$ de rang $r$. Soit $p\in G$. Déterminer l'espace vectoriel tangent à $G$ en $p$. - Soit $E$ un espace euclidien de dimension $n\geq 1$. Soit $r\in\db{0,n}$. On note $G$ l'ensemble des projecteurs orthogonaux de $E$ de rang $r$. Soit $p\in G$. Déterminer l'espace vectoriel tangent à $G$ en $p$.
@ -4223,7 +4319,7 @@ Soient $v\colon \R\to\R$ une fonction continue à support compact et $\omega\in\
Étant donné des coefficients $u_{ij}$, et $t\in\R$, on peut considérer $F_t = \vect (e_1 + \sum_{j\geq r+1} u_{1j} e_{j}, \dots, e_r + \sum_{j\geq r+1} u_{rj} e_j)$, et $P_t$ la projection orthogonale sur $F_t$. Étant donné des coefficients $u_{ij}$, et $t\in\R$, on peut considérer $F_t = \vect (e_1 + \sum_{j\geq r+1} u_{1j} e_{j}, \dots, e_r + \sum_{j\geq r+1} u_{rj} e_j)$, et $P_t$ la projection orthogonale sur $F_t$.
En utilisant l'expression de la matrice de $P_t$ via des produits scalaires, on obtient (?). En utilisant l'expression de la matrice de $P_t$ via des produits scalaires, on obtient peut-être quelque chose.
#+END_proof #+END_proof
@ -6402,16 +6498,17 @@ Soit $f\colon\R^+\to\R^+$. Montrer que les propriétés suivantes sont équivale
+ l'application $x\mapsto\frac{f(x)}{x}$ est bornée au voisinage de $0^+$. + l'application $x\mapsto\frac{f(x)}{x}$ est bornée au voisinage de $0^+$.
#+end_exercice #+end_exercice
#+begin_exercice [Mines 2023 # 731] :todo: # ID:7327
#+begin_exercice [Mines 2023 # 731]
Soit $\sum u_n$ une série convergente a termes strictement positifs. Soit $\sum u_n$ une série convergente a termes strictement positifs.
- Montrer que $\sum_{k=1}^nku_k=o(n)$. - Montrer que $\sum_{k=1}^nku_k=o(n)$.
- Montrer que $\frac{1}{n(n+1)}\sum_{k=1}^nku_k$ est le terme général d'une série convergente. - Montrer que $\frac{1}{n(n+1)}\sum_{k=1}^nku_k$ est le terme général d'une série convergente.
- Montrer que la série de terme général $\frac{1}{n+1}\left(n!\prod_{k=1}^nu_k\right)^{1/n}$ est convergente et que :$$\sum_{n=1}^{+\i}\frac{1}{n+1}\left(n!\prod_{k=1}^nu_k\right)^{1/n}\leq \sum_{k=1}^{+\i}u_k.$$ - Montrer que la série de terme général $\frac{1}{n+1}\left(n!\prod_{k=1}^nu_k\right)^{1/n}$ est convergente et que :$$\sum_{n=1}^{+\i}\frac{1}{n+1}\left(n!\prod_{k=1}^nu_k\right)^{1/n}\leq \sum_{k=1}^{+\i}u_k.$$
#+end_exercice #+end_exercice
#+BEGIN_proof :todo: #+BEGIN_proof
- C'est la somme $\sum_{k=1}^n R_k - n R(n)$. - C'est la somme $\sum_{k=1}^n R_k - n R(n)$.
- $\sum_n^N \sum_k \frac{k u_k}{n (n+1)} = \sum_k \sum_{n = k}^N \frac{k u_k}{n} - \frac{ku_k}{n+1} = \sum_k \frac{ku_k}{N} - \frac{k u_k}{k}$. - $\sum_n^N \sum_k \frac{k u_k}{n (n+1)} = \sum_k \sum_{n = k}^N \frac{k u_k}{n} - \frac{ku_k}{n+1} = \sum_k \frac{ku_k}{N} - \frac{k u_k}{k}$.
- avec $v_n = (\prod ku_k)^{1/n}$, on a $\ln (v_n) = \frac{1}{n}\sum \ln(k u_k) \leq \frac{1}{n}\sum (k u_k - 1) = o(1) - 1$. !! - Le lien avec la question précédente est l'IAG, à $\frac{1}{n}\sum_{k=1}^n k u_k$. De là on obtient directement tout à l'aide de la question précédente.
#+END_proof #+END_proof
@ -8034,7 +8131,7 @@ Soient $(a_n)$ une suite a termes réels positifs et $(b_n)$ une suite a termes
- Montrer la réciproque admise ci-dessus. - Montrer la réciproque admise ci-dessus.
#+end_exercice #+end_exercice
#+begin_exercice [Centrale 2023 # 1249] :todo: #+begin_exercice [Centrale 2023 # 1249]
Soit $I=\interval]{-1, +\i}[$. On dit que $f\in\mc C^0(I,\R)$ vérifie $(*)$ si et seulement si : $\forall x,y\in I$, $f(x)+f(y)=f(x+y+xy)$. Soit $I=\interval]{-1, +\i}[$. On dit que $f\in\mc C^0(I,\R)$ vérifie $(*)$ si et seulement si : $\forall x,y\in I$, $f(x)+f(y)=f(x+y+xy)$.
On pose, pour $n\in\N$, $x_n=\frac{1}{(n+2)(2n+1)}$ et $y_n=\frac{n}{n+1}$. Soit $f\in\mc C^0(I,\R)$ vérifiant $(*)$. On pose, pour $n\in\N$, $x_n=\frac{1}{(n+2)(2n+1)}$ et $y_n=\frac{n}{n+1}$. Soit $f\in\mc C^0(I,\R)$ vérifiant $(*)$.
@ -8044,8 +8141,8 @@ On pose, pour $n\in\N$, $x_n=\frac{1}{(n+2)(2n+1)}$ et $y_n=\frac{n}{n+1}$. Soit
#+end_exercice #+end_exercice
#+BEGIN_proof #+BEGIN_proof
1. $\frac{n+1}{n+2}$, donc $y_{n+1}$, donc la série est télescopique. 1. $\frac{n+1}{n+2}$, donc $y_{n+1}$, donc la série est télescopique.
2. Il suffit de montrer la dérivabilité en $0$. On a $f(0) = 0$. 2. Pour $x$ proche de $0$, on calcule $f(x+x+\dots + x) = f(n x)$, où $n = \lfloor \frac{1}{x}\rfloor$, on obtient $f(nx + n \frac{x^2}{2} + n^2 \frac{x^3}{3!} + \dots)\ra f(e)$. Comme $f$ est continue en $e$, on obtient la dérivabilité en $0$, puis ailleurs.
!! 3. Ce sont les $\a \ln (1+x)$
#+END_proof #+END_proof