Fonctions (limites, continuité, dérivabilité, intégration)Suites et séries de fonctionsAlgèbre bilinéaire et espaces euclidiensCalcul différentiel et fonctions à plusieurs variablesProbabilités continuesStatistiques
Candidats bénéficiant de la mesure "Tiers-temps":
8 h h 20
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L'énoncé comporte 7 pages.
Les candidats sont invités à soigner la présentation de leur copie, à mettre en évidence les principaux résultats, à respecter les notations de l'énoncé et à donner des démonstrations complètes - mais brèves - de leurs affirmations.
1. EXERCICE.
A l'aide de développements limités usuels que l'on rappellera clairement, montrer que lorsque est au voisinage de 0 on a
a. Montrer que pour tout entier supérieur ou égal à 2 , on a :
b. En déduire le signe de , pour tout entier supérieur ou égal à 2 .
c. Quelle est la nature de la série de terme général ?
d. Pour entier supérieur ou égal à 2 , on pose
Déterminer
a. Montrer que
b. Déterminer un équivalent, quand tend vers , de .
c. En déduire que est équivalent, quand tend vers à avec . Quelle est la nature de la série de terme général ?
4. On pose
a. Etudier le sens de variations de la suite .
b. Montrer que les suites et sont deux suites adjacentes.
c. En déduire la nature de la série de terme général .
2. EXERCICE.
désigne l'ensemble des matrices carrées d'ordre , à coefficients réels. Pour tout élément de , on appelle "trace de ", et on note , la somme des éléments diagonaux, c'est-à-dire :
On admet que est une application linéaire de dans telle que
On note la transposée de la matrice .
Soit l'application définie sur par :
Exprimer en fonction des coefficients de et et montrer que est un produit scalaire sur .
On note la norme associée à ce produit scalaire.
2. Soient . Le but de cette question est de prouver que
a. Justifier l'existence de et telles que
où est une matrice orthogonale et une matrice diagonale.
On notera par la suite le coefficient de la matrice .
b. Soit une valeur propre et un vecteur propre associé.
En calculant de deux manières différentes, montrer que .
c. On pose . Montrer que
d. Montrer que
e. On note le vecteur de la base canonique de , espace des matrices à lignes et une colonne, à coefficients réels. Montrer que
où |.|| désigne la norme euclidienne canonique de , puis calculer en fonction des coefficients de .
Qu'en déduit-on, pour entier compris entre 1 et , sur le signe de ?
f. Montrer que
puis conclure que
3. PROBLEME.
Le préliminaire, les parties I et II sont indépendants.
3.1. Préliminaire
On considère deux variables aléatoires à densité et définies sur un même espace probabilisé, admettant des espérances et des variances . On suppose . On définit la covariance de et par
Montrer que pour tout nombre réel ,
a. En étudiant le signe du trinôme précédent, montrer que
b. A quelle condition nécessaire et suffisante a-t-on l'égalité
3.2. Partie I: Etude d'une fonction de deux variables
désigne un entier non nul, et deux réels positifs ou nuls vérifiant . On définit sur la fonction par :
Justifier que est de classe sur l'ouvert .
Montrer que n'admet pas d'extremum sur cet ouvert.
2. Montrer que
Montrer que ce résultat est encore vrai pour tout de .
3. Soit la fonction définie sur .
Montrer que admet un maximum absolu sur , atteint en un point que l'on exprimera en fonction de .
4. Déduire de ce qui précède que admet sur un maximum absolu atteint en un unique point ( ) que l'on précisera.
3.3. Partie II : Etude d'une loi
Soit et . On considère la fonction définie sur par :
Vérifier que est bien une densité de variable aléatoire. On note la loi associée.
On considère désormais une variable aléatoire de loi .
2. Déterminer la fonction de répartition de .
3. On pose . Déterminer la loi de et la reconnaître.
En déduire et .
4. Soit . Montrer que admet un moment d'ordre , et pour déterminer une relation liant et .
5. Simulation de la loi .
a. Soit une variable aléatoire de loi uniforme sur .
Montrer que la variable aléatoire suit une loi .
b. On rappelle qu'en langage Pascal, la fonction random permet de simuler une variable aléatoire de loi uniforme sur .
Ecrire, en langage Pascal, une fonction tirage, de paramètres a et b simulant une variable aléatoire de loi .
3.4. Partie III : Estimation des paramètres et
et désignent toujours deux réels tels que et . On considère désormais une suite de variables aléatoires indépendantes identiquement distribuées de loi .
Pour entier supérieur ou égal à 2 , on considère les variables aléatoires et définies par et .
Le but de cette partie est de déterminer des estimateurs de et .
La fonction tirage, ainsi que les variables informatiques de type real et de type integer étant supposées définies, compléter le corps du programme principal suivant, de manière à ce qu'il simule et (les valeurs étant stockées
respectivement dans et ).
begin
randomize ;
readln(a,b,n) ;
X:=tirage(a,b) ;
S:=... ;
Y:=...;
for i:= 2 to n do...
......
......
......
...
end.
Déterminer l'espérance et la variance de .
Quelle est la loi suivie par la variable aléatoire ? En déduire une densité de .
Déterminer la fonction de répartition de .
En déduire que suit une loi (on précisera et ).
Donner les valeurs de et .
5. a. Calculer le biais ainsi que le risque quadratique de en tant qu'estimateur de .
b. Rappeler l'inégalité de Markov pour une variable aléatoire admettant un moment d'ordre 2.
A l'aide de ce qui précède, prouver que ( ) est une suite d'estimateurs de asymptotiquement sans biais, convergente.
6. On pose .
a. Calculer le biais de en tant qu'estimateur de .
b. On note le risque quadratique de . Montrer que
c. A l'aide du préliminaire montrer que
et en déduire que ( ) est une suite d'estimateurs de asymptotiquement sans biais, convergente.
7. Pour un échantillon donné ( ), avec , correspondant à une réalisation des variables aléatoires , on définit la fonction sur par
a. Montrer que est la fonction définie dans la partie I, pour des valeurs de et que l'on précisera en fonction des .
b. Comparer les estimations de et obtenues sur l'échantillon à partir de et avec les valeurs et obtenues dans la partie I .