Première épreuve (option économique) MATHÉMATIQUES
Lundi 27 avril 2009 de 8 heures à 12 heures
Les candidats 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.
Exercice 1
On note l'application définie, pour tout , par :
Partie I : Étude d'une fonction
a. Montrer que est continue sur .
b. Justifier que est de classe sur et sur , et calculer pour tout .
c. Montrer :
d. Établir que est de classe sur et préciser .
2. a. Étudier les variations de l'application , définie, pour tout , par:
b. Montrer :
c. Déterminer les limites de en et en .
Dresser le tableau des variations de .
d. Montrer que la courbe représentative de admet une droite asymptote, lorsque la variable tend vers .
e. Tracer l'allure de la courbe représentative de .
Partie II : Étude d'une suite récurrente associée à la fonction
On considère la suite définie par et, pour tout .
Montrer que admet un point fixe et un seul, noté , que l'on calculera.
a. Établir : .
b. Montrer :
c. Montrer :
d. Établir :
En déduire :
Conclure que la suite converge vers .
Écrire un programme en Turbo-Pascal qui calcule et affiche le plus petit entier naturel tel que .
Partie III : Étude d'une fonction définie par une intégrale
On note l'application définie, pour tout , par :
Montrer que est de classe sur et que, pour tout :
a. Montrer :
En déduire la limite de en .
b. Montrer :
En déduire la limite de en .
3. Dresser le tableau des variations de . On n'essaiera pas de calculer .
Exercice 2
On considère les matrices carrées d'ordre trois : et .
Partie I: Réduction de
Est-ce que est inversible ?
Déterminer les valeurs propres de .
Justifier, sans calcul, que est diagonalisable.
3. Déterminer une matrice carrée d'ordre trois, inversible, dont tous les termes diagonaux sont égaux à 1 , telle que et calculer .
Partie II : Résolution de l'équation
On se propose de résoudre l'équation (1) : , d'inconnue , matrice carrée d'ordre trois. Soit une matrice carrée d'ordre trois. On note . (La matrice a été définie en I.3.)
Montrer : .
Établir que, si , alors .
En déduire que, si , alors est diagonale.
Déterminer toutes les matrices diagonales telles que .
En déduire la solution de l'équation (1) dont toutes les valeurs propres sont positives ou nulles.
Partie III : Intervention d'un polynôme
Montrer qu'il existe un polynôme de degré deux, et un seul, que l'on calculera, tel que :
En déduire : . (La matrice a été définie en II.5.)
Montrer, pour toute matrice carrée d'ordre trois :
Exercice 3
Une urne contient des boules blanches et des boules noires. La proportion de boules blanches est et la proportion de boules noires est .
Ainsi, on a : et .
Partie I : Tirages avec arrêt dès qu'une boule noire a été obtenue
Dans cette partie, on effectue des tirages successifs avec remise et on s'arrête dès que l'on a obtenu une boule noire.
On note la variable aléatoire égale au nombre de tirages effectués et la variable aléatoire égale au nombre de boules blanches obtenues.
Reconnaître la loi de . Pour tout entier , donner et rappeler l'espérance et la variance de .
En déduire que admet une espérance et une variance. Déterminer et .
Partie II : Tirages avec arrêt dès qu'une boule blanche et une boule noire ont été obtenues
Dans cette partie, on effectue des tirages successifs avec remise et on s'arrête dès que l'on a obtenu au moins une boule blanche et au moins une boule noire.
On note la variable aléatoire égale au nombre de tirages effectués.
On note la variable aléatoire égale au nombre de boules blanches obtenues.
On note la variable aléatoire égale au nombre de boules noires obtenues.
Ainsi, on peut remarquer que la probabilité de l'événement est égale à 1 .
Pour tout entier naturel non nul , on note : l'événement « la -ème boule tirée est blanche», l'événement « la -ème boule tirée est noire».
a. Montrer, pour tout entier .
b. Vérifier : .
c. Montrer que la variable aléatoire admet une espérance et que : .
a. Pour tout entier , déterminer .
(On distinguera les cas et .)
b. En déduire : .
c. Déterminer la loi de la variable aléatoire .
On admet que l'espérance de existe et que : .
3. Donner la loi de et son espérance.
4. Montrer que les variables aléatoires et sont égales.
5. Montrer que le couple ( ) admet une covariance et exprimer à l'aide de et .