L1 - Algèbre et analyse élémentaires - MP1 Correction

Documents pareils
Exercices Corrigés Premières notions sur les espaces vectoriels

Exo7. Matrice d une application linéaire. Corrections d Arnaud Bodin.

Correction de l examen de la première session

Théorème du point fixe - Théorème de l inversion locale

NOMBRES COMPLEXES. Exercice 1 :

Chapitre 2. Matrices

Exercices - Nombres complexes : corrigé. Formes algébriques et trigonométriques, module et argument

3 Approximation de solutions d équations

Calcul différentiel sur R n Première partie

Rappels et compléments, première partie : Nombres complexes et applications à la géométrie

Calcul matriciel. Définition 1 Une matrice de format (m,n) est un tableau rectangulaire de mn éléments, rangés en m lignes et n colonnes.

De même, le périmètre P d un cercle de rayon 1 vaut P = 2π (par définition de π). Mais, on peut démontrer (difficilement!) que

Cours 02 : Problème général de la programmation linéaire

Fonctions de plusieurs variables, intégrales multiples, et intégrales dépendant d un paramètre

Cours d analyse numérique SMI-S4

Cours de mathématiques

Mathématiques Algèbre et géométrie

Différentiabilité ; Fonctions de plusieurs variables réelles

Programmation linéaire et Optimisation. Didier Smets

Exercices - Polynômes : corrigé. Opérations sur les polynômes

3. Conditionnement P (B)

Calcul différentiel. Chapitre Différentiabilité

Première partie. Préliminaires : noyaux itérés. MPSI B 6 juin 2015

Fonctions de plusieurs variables

Image d un intervalle par une fonction continue

CHAPITRE V SYSTEMES DIFFERENTIELS LINEAIRES A COEFFICIENTS CONSTANTS DU PREMIER ORDRE. EQUATIONS DIFFERENTIELLES.

Pour l épreuve d algèbre, les calculatrices sont interdites.

I. Polynômes de Tchebychev

Fonctions de plusieurs variables

4. NOMBRES COMPLEXES ET TRIGONOMÉTRIE

Équations non linéaires

Continuité en un point

Fonctions de plusieurs variables et applications pour l ingénieur

Formes quadratiques. 1 Formes quadratiques et formes polaires associées. Imen BHOURI. 1.1 Définitions

Capes Première épreuve

Les travaux doivent être remis sous forme papier.

I. Ensemble de définition d'une fonction

Exercices du Cours de la programmation linéaire donné par le Dr. Ali DERBALA

Résolution de systèmes linéaires par des méthodes directes

Exercices - Fonctions de plusieurs variables : corrigé. Pour commencer

Optimisation non linéaire Irène Charon, Olivier Hudry École nationale supérieure des télécommunications

Continuité et dérivabilité d une fonction

Résolution d équations non linéaires

Problème 1 : applications du plan affine

Souad EL Bernoussi. Groupe d Analyse Numérique et Optimisation Rabat http ://

Logique. Plan du chapitre

Intégration et probabilités TD1 Espaces mesurés

Limites finies en un point

Modèles et Méthodes de Réservation

Polynômes à plusieurs variables. Résultant

Chapitre 7. Statistique des échantillons gaussiens. 7.1 Projection de vecteurs gaussiens

Programme de la classe de première année MPSI

Cours d Analyse. Fonctions de plusieurs variables

Corrigé des TD 1 à 5

Fonctions de plusieurs variables : dérivés partielles, diérentielle. Fonctions composées. Fonctions de classe C 1. Exemples

Exprimer ce coefficient de proportionnalité sous forme de pourcentage : 3,5 %

Eteindre. les. lumières MATH EN JEAN Mme BACHOC. Elèves de seconde, première et terminale scientifiques :

Cours3. Applications continues et homéomorphismes. 1 Rappel sur les images réciproques

CHAPITRE IV Oscillations libres des systèmes à plusieurs degrés de liberté

CCP PSI Mathématiques 1 : un corrigé

Simulation de variables aléatoires

Continuité d une fonction de plusieurs variables

Suites numériques 3. 1 Convergence et limite d une suite

Étudier si une famille est une base

spé MP POLYCOPIÉ D EXERCICES

Cours arithmétique et groupes. Licence première année, premier semestre

Cours de mathématiques Première année. Exo7

Développements limités, équivalents et calculs de limites

aux différences est appelé équation aux différences d ordre n en forme normale.

Corrigé Exercice 1 : BRIDE HYDRAULIQUE AVEC HYPOTHÈSE PROBLÈME PLAN.

Chapitre 2 Le problème de l unicité des solutions

Représentation géométrique d un nombre complexe

Premiers pas avec Mathematica

Calcul fonctionnel holomorphe dans les algèbres de Banach

Chapitre VI Fonctions de plusieurs variables

INTRODUCTION. 1 k 2. k=1

III- Raisonnement par récurrence

Planche n o 22. Fonctions de plusieurs variables. Corrigé

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable

EXERCICE 4 (7 points ) (Commun à tous les candidats)

Intégration et probabilités TD1 Espaces mesurés Corrigé

OM 1 Outils mathématiques : fonction de plusieurs variables

Partie 1 - Séquence 3 Original d une fonction

Raisonnement par récurrence Suites numériques

Développements limités usuels en 0

CHAPITRE 10. Jacobien, changement de coordonnées.

Utilisation des tableaux sémantiques dans les logiques de description

Annexe 1 Programmes des classes préparatoires aux Grandes Ecoles

Manipulateurs Pleinement Parallèles

MATLAB : COMMANDES DE BASE. Note : lorsqu applicable, l équivalent en langage C est indiqué entre les délimiteurs /* */.

Dérivation : cours. Dérivation dans R

Comment démontrer des formules sans effort? exposé de maîtrise

Enoncé et corrigé du brevet des collèges dans les académies d Aix- Marseille, Montpellier, Nice Corse et Toulouse en Énoncé.

Chapitre 11. Séries de Fourier. Nous supposons connues les formules donnant les coefficients de Fourier d une fonction 2 - périodique :

8.1 Généralités sur les fonctions de plusieurs variables réelles. f : R 2 R (x, y) 1 x 2 y 2

Utiliser des fonctions complexes

Fonctions de plusieurs variables et changements de variables

Chapitre 1 : Évolution COURS

Oscillations libres des systèmes à deux degrés de liberté

La programmation linéaire : une introduction. Qu est-ce qu un programme linéaire? Terminologie. Écriture mathématique

Transcription:

L1 - Algèbre et analyse élémentaires - MP1 Correction Samedi 19 novembre 005 (16h 19h) Exercice 1 Montrer par récurrence que n N, k 3 ( k). Solution Pour n 0 et n 1, la propriété est vérifiée ( 0 0 et 1 3 1 ). Supposons qu elle soit vraie au rang n, ( n+1 ( n k) k + (n + 1) ) ( n ( n ) k) + k (n + 1) + ((n + 1)) on utilise l hypothèse de récurrence pour le premier terme et la formule n k n(n+1) pour obtenir ( n+1 k 3 + n(n + 1)(n + 1) + (n + 1)(n + 1) k 3 + (n + 1) 3 n+1 k) k 3 La récurrence étant initialisée pour n 0 et n 1, on en déduit bien le résultat souhaité. 1

Exercice Soit f : X Y, montrer que les 3 propriétés suivantes sont équivalentes : 1. f injective. A, B X, f(a B) f(a) f(b) 3. A, B X, A B f(a) f(b) Solution Montrons (1) (), soit A, B X, on doit montrer que si f est injective alors f(a B) f(a) f(b). L inclusion f(a B) f(a) f(b) est toujours vraie : y f(a B) x (A B), f(x) y y f(a) et y f(b). Démontrons maintenant que f(a) f(b) f(a B). Soit y f(a) f(b), x A A et x B B, f(x A ) y f(x B ) or f est injective donc f(x A ) f(x B ) x A x B A B et donc y f(a B). Pour () (3), on note que si A B alors f(a B). En utilisant (ii), on en déduit que f(a) f(b) f(a B). Enfin, pour (3) (1), soit x y dans X, on pose A {x} et B {y}. A B donc f(a) f(b) soit ici {f(x)} {f(y)} ou bien f(x) f(y) et f est bien injective. Exercice 3 Exprimer sous la forme a + bi, avec a, b R, les racines z 1 et z de l équation : z + i 7z + 4i 0. Solution On calcul le discriminant b 4ac : (i 7) 4 4i 4 7 4 4i ( 7 4i) Il faut donc trouver une racine de ( 7 4i) : soit ω ω 1 + iω cette racine, elle satisfait ( 7 4i) ω (ω1 ω ) + iω 1ω et donc ω ω1 + ω 7 + 4 65 5 ω1 ω 7 ω 1 ω 1 On en déduit ω1 5 7 18 soit ω1 9 3 et donc ω 16 4. Enfin comme ω 1 ω 1, les deux racines de 7 4i sont 3 + 4i et 3 4i. On peut alors donner les racines de z + i 7z + 4i 0, en effet si δ alors z 1 b+δ a et z b δ a et donc en notant qu ici δ 6 + 8i convient : z 1 i 7 6 + 8i 3 + (4 7)i z i 7 + 6 8i 3 (4 + 7)i

Exercice 4 On pose C n (x) cos kx, S n (x) sin kx et Z n (x) C n (x) + is n (x). Calculer Z n en déduire C n et S n Solution On a Z n (x) C n (x) + is n (x) cos kx + i sin kx (cos kx + i sin kx) e ikx (e ix ) k Z n (x) 1 ei(n+1)x 1 e ix si e ix 1 On se souvient alors que C n (x) Re(Z n (x)) et S n (x) Im(Z n (x)), il faut donc continuer un peu le calcul... Z n (x) ei(n+1)x/ (e i(n+1)x/ e i(n+1)x/ ) e ix/ (e ix/ e ix/ ) inx/ sin((n + 1)x/) e Z n (x) cos(nx/) sin((n + 1)x/) sin((n + 1)x/) + i sin(nx/) On en déduit donc les valeurs de C n et S n tant que e ix 1, soit x 0 mod π (la condition 0 est toujours satisfaite dans ce cas) : sin((n + 1)x/) C n (x) cos(nx/) sin((n + 1)x/) S n (x) sin(nx/) Si x 0 mod π, on vérifie que C n (x) (n + 1) et S n (x) 0. 3

Exercice 5 Trouver la solution générale dans R 4 du système d équations : 14x 1 +35x 7x 3 63x 4 0 10x 1 5x + 5x 3 + 45x 4 0 6x 1 +65x 13x 3 117x 4 0 On donnera la forme matricielle du système ainsi que la structure de l ensemble des solutions. Solution La forme matricielle du système est 14 35 7 63 10 5 5 45 6 65 13 117 x 1 x x 3 x 4 0 0 0 On résout alors le système par un pivot de Gauss : 14 35 7 63 0 10 5 5 45 0 6 65 13 117 0 donne en divisant la première ligne par 7, la seconde par -5 et la dernière par 13 Le pivot autour de la première ligne donne alors 5 1 9 0 5 1 9 0 5 1 9 0 5 1 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Le système se réduit donc à x 1 + 5x x 3 9x 4 0, ce que l on aurait pu remarquer dès le début. L ensemble des solutions de cet équations est formés des quadruplets de la forme (x 1, x, x 1 + 5x 9x 4, x 4 ) pour x 1, x, x 4 dans R. Ceci constitue un sous espace vectoriel de R 4 de dimension 3. Exercice 6 R 3 : Discuter et résoudre suivant les valeurs de λ R et de k R le système dans λx 1 + x + x 3 0 5x 1 + x x 3 x 1 x + x 3 k Solution Le système sous forme matricielle est : λ 1 1 5 1 x 1 x 0 1 k x 3 4

La méthode du pivot de Gauss donne λ 1 1 0 5 1 1 k en pivotant autour de la dernière ligne en pivotant encore autour de la dernière ligne 1 k 0 1 λ 1 + λ/ kλ/ 0 1 5 + 5/ 5/ k 1 k 0 4 1/ 5/ k 0 0 (1 + λ/) + (1 λ)/4 1/ kλ/ + (1 λ)/4 ( 5/ k) soit 1 k 0 4 1/ 5/ k 0 0 9/8 + λ3/8 (1 λ)/ + 9kλ/8 5k/8 Si λ 3, le système a une unique solution pour toute valeur de k. Si λ 3, soit (1 λ)/ + 9kλ/8 5k/8 0, c est à dire k 1/, et le système a une infinité de solutions, soit (1 λ)/ + 9kλ/8 5k/8 0 et le système n a pas de solution. 5

Exercice 7 1) Soit A la matrice définie par A 6 9 3 3 8 4 4 8 4 - Déterminer A 1. Solution On va inverser A par la méthode de la matrice compagnon : 6 9 3 3 8 4 1 0 0 0 1 0 4 8 4 0 0 1 3 1 3 8 4 1/3 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1/4 1 1 0 1 1 0 0 1/4 1/3 0 1/ 0 1 0 1 3/4 1 1 0 1 1 0 0 1/4 1/3 0 1/ 0 1 0 1 3/4 1 1 0 1 1 0 0 1/4 1/3 0 1/ 0 0 1 /3 1 7/4 1 0 /3 1 6/4 0 1 0 1/3 1 5/4 0 0 1 /3 1 7/4 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1/3 1 5/4 0 0 1 /3 1 7/4 On en déduit donc 0 1 1 A 1 1/3 1 5/4 /3 1 7/4 ) Soient u 1 (6, 3, 4), u (9, 8, 8) et u 3 (3, 4, 4) trois vecteurs de R 3. - Montrer que u 1, u et u 3 sont linéairement indépendants. - Forment-ils une base de R 3? Solution Les colonnes de A sont exactement les vecteurs u 1, u et u 3. Résoudre λ 1 u 1 + λ u + λ 3 u 3 0 est donc équivalent à résoudre A λ 1 0 λ λ 3 6

qui a pour unique solution 0 0 car A est inversible. On en déduit alors que u 1, u et u 3 sont 0 linéairement indépendants. Ces 3 vecteurs libre constitue donc une base de R 3, espace vectoriel de dimension 3. 3) Soient e 1, e, e 3 (où e 1 (1, 0, 0), e (0, 1, 0) et e 3 (0, 0, 1)) les vecteurs de la base canonique de R 3 et v un vecteur de coordonnées a, b et c dans la base canonique, autrement dit, v (a, b, c). - Exprimer les coordonnées x, y et z de v en fonction des vecteurs u 1, u, u 3. Solution La même remarque permet de conclure : A 1 est la matrice de passage permettant d exprimer les coordonnées de v dans la base {u 1, u, u 3 } en fonction de celles dans la base canonique par la formule x y A 1 a b z c soit x b + c y 1/3a + b 5/4c z /3a b + 7/4c 7