Lundi 29 avril 2002 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.
PREMIER PROBLÈME
On note, pour tout entier :
et, pour tout entier :
PARTIE I : Étude de la suite
Montrer, pour tout entier :
En déduire que la suite est croissante et converge vers un réel, noté , tel que .
PARTIE II : Expression intégrale du réel .
1.a. Établir, pour tout réel :
b. En déduire, pour tout entier et tout réel tel que :
puis :
2.a. Établir, pour tout entier et tout réel de :
b. En utilisant 1.b. et 2.a., montrer, pour tout entier et tout réel tel que :
3.a. On note, pour tout entier :
Justifier l'existence de .
b. Établir que tend vers 0 lorsque tend vers linfini.
4.a. Établir, pour tout entier :
b. On note, pour tout entier :
Justifier lexistence de , et montrer, pour tout entier :
On note :
a. Justifier l'existence de et de .
b. Démontrer :
DEUXIÈME PROBLÈME
Soit un espace vectoriel euclidien de dimension , dont le produit scalaire est noté ,
L'objectif du problème est d'étudier les endomorphismes de tels que :
Les endomorphismes vérifiant cette propriété sont appelés endomorphismes antisymétriques.
PARTIE I. Étude d'un exemple
Dans cette partie, est l'espace vectoriel des fonctions polynômes à coefficients réels, de degré inférieur ou égal à 2 . On rappelle que ( ) est une base de .
On considère l'application définie pour tout couple d'éléments de par :
Vérifier que est un produit scalaire.
Dans cette première partie, on considère que est muni de ce produit scalaire.
2. On considère l'endomorphisme de défini pour tout de par:
a. Vérifier: .
b. En déduire que est un endomorphisme antisymétrique de l'espace vectoriel euclidien .
3. Soient et .
a. Vérifier que est un vecteur propre de et que la famille ( ) est orthonormale.
b. Déterminer une base de Keru.
c. Déterminer une base orthonormale de et un nombre réel a tels que la matrice associée à relativement à cette base soit .
PARTIE II. Caractérisations des endomorphismes antisymétriques
Soit un endomorphisme de .
Pour tout couple de , développer .
En déduire que est un endomorphisme antisymétrique si et seulement si :
On suppose dans cette question que la dimension de est non nulle.
Soient une base orthonormale de , et la matrice associée à relativement à la base .
a. Montrer: .
b. En déduire que est un endomorphisme antisymétrique si et seulement si la matrice associée à relativement à la base vérific .
PARTIE III. Propriétés générales des endomorphismes antisymétriques
Soit un endomorphisme antisymétrique non nul de .
On pourra utiliser la caractérisation obtenue dans la question II.1.
Soit un nombre réel. Montrer que si est valeur propre de , alors .
Montrer que et sont orthogonaux et supplémentaires dans .
En déduire que Ker .
3. Montrer que est un endomorphisme symétrique de et que toute valeur propre de est négative ou nulle.
4.a. Montrer que admet au moins une valeur propre non nulle.
Soient un vecteur propre de associé à une valeur propre non nulle, et le sous-espace vectoriel de engendré par ( ).
b. Montrer que est un plan vectoriel stable par .
c. Montrer que , le supplémentaire orthogonal de , est stable par .
d. On munit du produit scalaire (, défini pour tout couple d'éléments de par .
On définit l'endomorphisme de par: .
Montrer que est un endomorphisme antisymétrique de et que .
5. Montrer que le rang dun endomorphisme antisymétrique est pair. On pourra faire une récurrence sur la dimension de .
PARTIE IV. Application
Dans cette partie, est un espace vectoriel euclidien de dimension 4 et est une base orthonormale de .
Soit l'endomorphisme de associé, relativement à la base , à la matrice
Montrer que est un endomorphisme antisymétrique de .
Vérifier que le vecteur est vecteur propre de .
2. Soit le sous-espace vectoriel de engendré par la famille ( ). Déterminer une base orthonormale de et une base orthonormale de .
3. En déduire une base orthonormale de et deux nombres réels et tels que la matrice associée à relativement à soit .