Probabilités continuesProbabilités finies, discrètes et dénombrementFonctions (limites, continuité, dérivabilité, intégration)Séries entières (et Fourier)Calcul différentiel et fonctions à plusieurs variablesAlgèbre linéaire
Mardi 28 avril 2015 de 8 heures à 12 heures
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 la signalera sur sa copie et poursuivra sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu'il sera amené à prendre.
EXERCICE 1
Dans tout l'exercice, ( ) désigne un espace probabilisé et toutes les variables aléatoires considérées seront supposées définies sur cet espace.
Partie I : Loi exponentielle
Dans toute cette partie, désigne un réel strictement positif.
Donner une densité, la fonction de répartition, l'espérance et la variance d'une variable aléatoire suivant la loi exponentielle de paramètre .
Justifier que les intégrales suivantes convergent et donner leurs valeurs :
a. Soit une variable aléatoire suivant la loi uniforme sur . Quelle est la loi de la variable aléatoire ?
b. Écrire une fonction en Scilab qui, étant donné un réel strictement positif, simule la loi exponentielle de paramètre .
On considère une suite de variables aléatoires indépendantes suivant toutes la loi exponentielle de paramètre 1.
Pour tout de , on définit la variable aléatoire qui, à tout de , associe le plus grand des réels et on note la fonction définie sur par :
Partie II : Loi de la variable aléatoire
a. Calculer, pour tout de et pour tout de , la probabilité .
b. En déduire que, pour tout de est une variable aléatoire à densité, admettant pour densité la fonction .
a. Montrer que, pour tout de , la variable aléatoire admet une espérance.
b. Déterminer l'espérance de et l'espérance de .
a. Vérifier : .
b. Montrer ensuite, à l'aide d'une intégration par parties :
c. En déduire, pour tout de , une relation entre et , puis une expression de sous forme d'une somme.
Partie III : Loi du premier dépassement
Dans toute cette partie, a désigne un réel strictement positif.
On définit la variable aléatoire égale au plus petit entier de tel que si un tel entier existe, et égale à 0 sinon.
7. Justifier l'égalité d'événements : . En déduire la probabilité .
8. Montrer : .
9. Déterminer l'espérance et la variance de .
On s'intéresse maintenant à la variable aléatoire , définie pour tout de par :
Justifier : .
Soit .
a. Soit . Justifier l'égalité d'événements :
En déduire la probabilité .
b. Montrer alors : .
12. a. Montrer que la variable aléatoire suit une loi exponentielle dont on précisera le paramètre.
b. En déduire l'existence et la valeur de , ainsi que l'existence et la valeur de .
EXERCICE 2
Dans cet exercice, on pourra utiliser l'encadrement suivant : .
Partie I : Étude d'une fonction
On considère l'application .
Dresser le tableau de variations de , en précisant la limite de en , sa valeur en 0 et sa limite en .
Établir que l'équation , d'inconnue , admet une solution et une seule, notée , et que appartient à l'intervalle .
On considère l'application , et la suite réelle définie par : et .
Partie II : Étude d'une suite
Montrer : .
Établir que la suite est croissante.
Quelle est la limite de lorsque l'entier tend vers l'infini?
Partie III : Étude d'une série
Montrer que la série converge. On note .
Montrer : .
En déduire une fonction en Scilab qui calcule une valeur approchée de à près.
Partie IV : Étude d'une fonction de deux variables
On considère l'ouvert de et l'application de classe suivante :
Représenter graphiquement l'ensemble .
Calculer, pour tout de , les dérivées partielles premières de en .
Montrer que admet deux points critiques et deux seulement, et que ceux-ci sont et , où est le réel défini à la question 2 .
Est-ce que admet un extremum local en ?
Est-ce que admet un extremum local en ?
Est-ce que admet un extremum global sur ?
EXERCICE 3
Soit un espace vectoriel de dimension 3 . On note le vecteur nul de .
On note l'application identité de , et l'application constante nulle de dans :
On considère un endomorphisme de tel que :
où désigne .
a. Montrer que n'est pas bijectif.
b. En déduire que 0 est valeur propre de , puis montrer qu'il existe appartenant à tel que :
Soit appartenant à tel que: et .
2. Montrer : .
3. Est-ce que est diagonalisable ?
4. Montrer que n'est pas bijectif, puis en déduire qu'il existe appartenant à tel que :
Soit appartenant à tel que: et . On note : .
5. Montrer : .
6. a. Montrer que la famille est une base de .
b. Déterminer la matrice de dans la base .
On considère les matrices suivantes : et , et le sous-espace vectoriel de engendré par ( ), c'est-à-dire :
Déterminer la dimension de .
Montrer : .
a. Pour tout , calculer la matrice .
b. En déduire une matrice de telle que : .
On note .
Montrer que est bijectif et exprimer à l'aide de et .