Polynômes et fractionsProbabilités finies, discrètes et dénombrementIntégrales généraliséesSéries et familles sommablesFonctions (limites, continuité, dérivabilité, intégration)Géométrie
Concepteur : EM LYON épreuve (option scientifique)
MATHÉMATIQUES
Lundi 9 mai 2005 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 considère la suite de polynômes de définie par :
On pourra confondre polynôme et fonction polynomiale. Ainsi, pour tout entier et tout réel ,
PARTIE I : Étude de la suite de polynômes
Calculer et .
2.a. Démontrer que, pour tout entier naturel est un polynôme de degré , dont on déterminera le coefficient du terme de degré .
b. Établir que, si est un entier pair (resp. impair), alors est un polynôme pair (resp. impair).
Calculer, pour tout entier naturel en fonction de .
a. Établir, pour tout entier naturel et tout réel de :
b. En déduire que, pour tout entier naturel non nul admet racines réelles, toutes situées dans ] - [, que l'on explicitera.
c. Établir, pour tout entier naturel non nul :
d. En déduire, pour tout entier naturel non nul , la valeur de en fonction de .
5. a. Démontrer, pour tout entier naturel et tout réel de :
Indication: On pourra dériver deux fois la fonction (nulle) :
b. En déduire, pour tout entier naturel :
Dans la suite du problème, désigne un entier naturel fixé tel que , et on note l'espace vectoriel réel des polynômes de de degré inférieur ou égal à .
On note l'application qui, à un polynôme de , associe le polynôme défini par :
PARTIE II : Étude de l'endomorphisme
Montrer que est un endomorphisme de l'espace vectoriel .
a. Calculer pour tout de .
b. En déduire les valeurs propres de et, pour chaque valeur propre de , une base et la dimension du sous-espace propre associé.
PARTIE III : Étude d'un produit scalaire
Dans la suite du problème, on note l'application qui, à un couple de polynômes de , associe le réel défini par :
Montrer que est un produit scalaire sur .
Démontrer, pour tous polynômes de :
Indication: On pourra, à l'aide d'une intégration par parties, montrer :
Établir que est une base orthogonale de .
Deuxième problème
PARTIE I : Calcul de la somme d'une série convergente
Vérifier, pour tout .
Établir, pour tout et pour tout :
Soit une application de classe .
Montrer, à l'aide d'une intégration par parties : .
4. Soit l'application définie par si , et . Montrer que est de classe sur .
5.a. Montrer : .
b. Justifier la convergence de la série et montrer : .
PARTIE II : Étude d'une fonction définie par la somme d'une série convergente
1.a. Montrer que, pour tout couple , la série et la série convergent.
b. Montrer que, pour tout , la série converge.
On note l'application définie, pour tout de , par .
2. Calculer et .
3.a. Établir : .
b. En déduire : .
c. Montrer alors que la fonction est continue sur .
4.a. Montrer, pour tout couple de tel que :
b. En déduire que la fonction est dérivable sur et que :
c. Préciser les valeurs de et de .
5. On admet que est deux fois dérivable sur et que :
Montrer que est concave.
6. Soit fixé. On note la fonction définie sur par :
a. Montrer que l'intégrale converge et calculer sa valeur.
b. Montrer : , et en déduire : .
c. Conclure : .
7.a. Dresser le tableau de variation de , en précisant la limite de en .
b. Tracer l'allure de la courbe représentative de .