Concours Centrale-Supelec (Cycle International), Concours Mines-Télécom, Concours Commun TPE/EIVP. CONCOURS 2017 PREMIÈRE ÉPREUVE DE MATHÉMATIQUES

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

BACCALAURÉAT GÉNÉRAL SESSION 2012 OBLIGATOIRE MATHÉMATIQUES. Série S. Durée de l épreuve : 4 heures Coefficient : 7 ENSEIGNEMENT OBLIGATOIRE

Programmation linéaire

Correction de l examen de la première session

Programmation linéaire

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

Exercices types Algorithmique et simulation numérique Oral Mathématiques et algorithmique Banque PT

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

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

BACCALAURÉAT PROFESSIONNEL ÉPREUVE DE MATHEMATIQUES. EXEMPLE DE SUJET n 2

Limites finies en un point

Correction du baccalauréat ES/L Métropole 20 juin 2014

Examen optimisation Centrale Marseille (2008) et SupGalilee (2008)

Le théorème de Perron-Frobenius, les chaines de Markov et un célèbre moteur de recherche

Exercices sur le chapitre «Probabilités»

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

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

Problème 1 : applications du plan affine

DYNAMIQUE DE FORMATION DES ÉTOILES

Chapitre 2 Le problème de l unicité des solutions

Suites numériques 3. 1 Convergence et limite d une suite

Baccalauréat S Antilles-Guyane 11 septembre 2014 Corrigé

Bac Blanc Terminale ES - Février 2011 Épreuve de Mathématiques (durée 3 heures)

Master IMEA 1 Calcul Stochastique et Finance Feuille de T.D. n o 1

Probabilités conditionnelles Exercices corrigés

Calcul différentiel sur R n Première partie

Baccalauréat ES/L Amérique du Sud 21 novembre 2013

Différentiabilité ; Fonctions de plusieurs variables réelles

Intégration et probabilités TD1 Espaces mesurés

FORMULAIRE DE STATISTIQUES

Probabilités conditionnelles Loi binomiale

TP1 Méthodes de Monte Carlo et techniques de réduction de variance, application au pricing d options

Développement décimal d un réel

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable T : pour travailler et mémoriser le cours

Programmes des classes préparatoires aux Grandes Ecoles

Continuité en un point

Chapitre 2. Matrices

3. Conditionnement P (B)

Bienvenue au lycée Hoche! Journée Portes Ouvertes CPGE Samedi 25 janvier 2014

3 Approximation de solutions d équations

Fonctions de plusieurs variables

Probabilités sur un univers fini

Cours d Analyse. Fonctions de plusieurs variables

Cours d analyse numérique SMI-S4

Baccalauréat ES Pondichéry 7 avril 2014 Corrigé

Exercice autour de densité, fonction de répatition, espérance et variance de variables quelconques.

Chaînes de Markov au lycée

Texte Agrégation limitée par diffusion interne

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

TSTI 2D CH X : Exemples de lois à densité 1

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

Capacité d un canal Second Théorème de Shannon. Théorie de l information 1/34

Mathématiques Première L, ES, S, Concours Post-Bac Equations et inéquations du second degré FORMAV

III- Raisonnement par récurrence

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

OLYMPIADES ACADEMIQUES DE MATHEMATIQUES. 15 mars 2006 CLASSE DE PREMIERE ES, GMF

Cours 02 : Problème général de la programmation linéaire

Optimisation des fonctions de plusieurs variables

Travaux dirigés d introduction aux Probabilités

Logique. Plan du chapitre

avec des nombres entiers

Résolution d équations non linéaires

LES TYPES DE DONNÉES DU LANGAGE PASCAL

Probabilités sur un univers fini

Chapitre 1 : Évolution COURS

SOMMAIRE. 1.- Objet du recrutement et écoles participantes... p Nombre de places offertes (à titre indicatif)... p. 3

Commun à tous les candidats

Chapitre 5 : Flot maximal dans un graphe

Amphi 3: Espaces complets - Applications linéaires continues

BACCALAUREAT GENERAL MATHÉMATIQUES

Algorithmes pour la planification de mouvements en robotique non-holonome

Exercice : la frontière des portefeuilles optimaux sans actif certain

Coefficients binomiaux

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

Baccalauréat ES Antilles Guyane 12 septembre 2014 Corrigé

Réseau SCEREN. Ce document a été numérisé par le CRDP de Bordeaux pour la. Base Nationale des Sujets d Examens de l enseignement professionnel.

Seconde Généralités sur les fonctions Exercices. Notion de fonction.

EXERCICES - ANALYSE GÉNÉRALE

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

Choisir le mode d envoi souhaité. Option 1 : Envoyer un SMS à un nombre réduit de numéros (0 10 )

Contexte. Pour cela, elles doivent être très compliquées, c est-à-dire elles doivent être très différentes des fonctions simples,

Continuité d une fonction de plusieurs variables

Condition inf-sup pour l Elément Fini de Taylor-Hood È ¾ -iso-è ½

Probabilité. Table des matières. 1 Loi de probabilité Conditions préalables Définitions Loi équirépartie...

Programmation linéaire et Optimisation. Didier Smets

Loi binomiale Lois normales

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 Fonctions de deux variables

Chapitre 3. Mesures stationnaires. et théorèmes de convergence

Intégration et probabilités TD1 Espaces mesurés Corrigé

Analyse stochastique de la CRM à ordre partiel dans le cadre des essais cliniques de phase I

FONCTIONS DE PLUSIEURS VARIABLES (Outils Mathématiques 4)

Contents. 1 Introduction Objectifs des systèmes bonus-malus Système bonus-malus à classes Système bonus-malus : Principes

Probabilités et Statistiques. Feuille 2 : variables aléatoires discrètes

Baccalauréat ES/L Métropole La Réunion 13 septembre 2013 Corrigé

Jean-Philippe Préaux

Correction du Baccalauréat S Amérique du Nord mai 2007

Chapitre 2. Eléments pour comprendre un énoncé

Modèles à Événements Discrets. Réseaux de Petri Stochastiques

Fonctions homographiques

Transcription:

A2017 MATH I PSI ÉCOLE DES PONTS PARISTECH, ISAE-SUPAERO, ENSTA PARISTECH, TELECOM PARISTECH, MINES PARISTECH, MINES SAINT-ÉTIENNE, MINES NANCY, IMT Atlantique (ex Télécom Bretagne), ENSAE PARISTECH. Concours Centrale-Supelec (Cycle International), Concours Mines-Télécom, Concours Commun TPE/EIVP. CONCOURS 2017 PREMIÈRE ÉPREUVE DE MATHÉMATIQUES Durée de l épreuve : 3 heures L usage de la calculatrice et de tout dispositif électronique est interdit. Les candidats sont priés de mentionner de façon apparente sur la première page de la copie : MATHÉMATIQUES I - PSI L énoncé de cette épreuve comporte 5 pages de texte. Si, au cours de l épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d énoncé, il le signale sur sa copie et poursuit sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu il est amené à prendre.

Marche aléatoire dans un labyrinthe Un labyrinthe est constitué de cinq salles, numérotées de 1 à 5, qui communiquent par des tubes selon le schéma ci-dessous : 2 3 1 5 4 Un rat se déplace dans ce labyrinthe, et on relève sa position en des instants numérotés 0, 1, 2,,k, (k œ N). On admet que, si le rat se trouve à l instant k (k œ N) dans la salle numéro i (1 Æ i Æ 5), alors il empruntera aléatoirement l un des tubes de la salle i et se trouvera donc, à l instant k +1, avec équiprobabilité, dans l une quelconque des salles communiquant avec la salle i. On admet que l on peut introduire, pour tout k entier naturel, une variable aléatoire S k donnant le numéro de la salle où se trouve le rat à l instant k. À titre d exemple, on aura donc k œ N, P (S k+1 =1 S k =2)=P (S k+1 =3 S k =2)=P (S k+1 =5 S k =2)= 1 3 Pour tout k œ N, on introduit la matrice-colonne Q R P (S k =1) P (S k =2) X k = P (S k =3) œ M 5,1 (R). c d ap (S k =4) b P (S k =5) Pour une matrice B, t B représente sa matrice transposée. 1

I Premiers pas 1. En utilisant la formule des probabilités totales, montrer que P (S k+1 =1) s écrit comme une combinaison linéaire des (P (S k = i), i=1,, 5). 2. Expliciter la matrice carrée B œ M 5 (R) telle que X k+1 = BX k pour tout k entier naturel. 3. En observant les colonnes de la matrice B, montrer que le réel 1 est valeur propre de t B et expliciter un vecteur propre associé. On suppose que la loi de la variable S 0 est donnée par Q R 1/4 3/16 X 0 = 3/16. (1) c d a3/16b 3/16 4. Montrer qu alors les variables aléatoires S k ont toutes la même loi. 5. Est-ce que S 0 et S 1 sont indépendantes? II Convergence dans M n (R) Soit u un endomorphisme d un R-espace vectoriel E de dimension finie. On suppose qu il existe une norme Î Î sur E telle que l inégalité suivante soit satisfaite pour tout x œ E, Îu(x)Î ÆÎxÎ. Pour tout entier naturel k non nul, on considère l endomorphisme r k = 1 k k 1 ÿ l=0 u l = 1 k (I E +u + u 2 + + u k 1 ), où I E représente l endomorphisme identité de E. 6. Soit x œ ker(u I E ). Déterminer lim kæœ r k (x). 7. Soit x œ Im(u I E ). Montrer que lim kæœ r k (x) =0 E. 8. En déduire que E =ker(u I E ) ü Im(u I E ). 2

9. Soit x œ E, un vecteur quelconque. Montrer que la suite 1 r k (x) 2 kœn ú converge vers un vecteur de E, que l on notera p(x). Interpréter géométriquement l application p : E æ E ainsi définie. Soit A œ M n (R) une matrice carrée d ordre n àcoe cients réels. On suppose qu il existe une norme, aussi notée Î Î, sur l espace vectoriel M n,1 (R) identifié à R n, telle que, pour tout X œ M n,1 (R), on ait ÎAXÎ ÆÎXÎ. Pour tout k entier naturel non nul, on considère la matrice R k = 1 k k 1 ÿ l=0 A l = 1 k (I n + A + A 2 + + A k 1 ), (2) où I n est la matrice identité dans M n (R). 10. Montrer que la suite de matrices (R k ) kœn ú converge dans M n (R) vers une matrice P, telle que P 2 = P. III Matrices stochastiques On fixe dans cette partie, un entier n Ø 2. Définition 1 On notera U œ M n,1 (R), la matrice-colonne dont tous les coe - cients sont égaux à 1. Définition 2 Une matrice carrée A =(a i,j ) œ M n (R) est dite stochastique si elle vérifie les conditions suivantes : (i, j) œ J1,nK 2,a i,j Ø 0; (3) nÿ i œ J1,nK, a i,j =1. (4) Nous dirons aussi qu une matrice-ligne L =( 1,, n ) œ M 1,n (R) est stochastique lorsque ses coe cients i sont tous positifs ou nuls, et de somme égale à 1. j=1 11. Vérifier que la condition (4) équivaut à la condition AU = U. 12. En déduire que l ensemble E des matrices stochastiques (carrées d ordre n) est stable par le produit matriciel. 13. Montrer que cet ensemble E est une partie fermée et convexe de l espace vectoriel M n (R). 3

On munit l espace M n,1 (R) de la norme Î Î Œ définie par ÎXÎ Œ = max 1ÆiÆn x i Q R si X = c a x 1 d. b. x n 14. Montrer que, si A œ M n (R) est stochastique, alors on a ÎAXÎ Œ ÆÎXÎ Œ pour tout X œ M n,1 (R). Dans les questions 15 à 22, on note A œ M n (R) une matrice stochastique, et on suppose qu il existe un entier naturel non nul p tel que la matrice A p ait tous ses coe cients strictement positifs. Pour tout k entier naturel non nul, on posera R k = 1 k k 1 ÿ l=0 A l. 15. Montrer que ker(a p I n ) est de dimension 1. Q R x 1 Indication : soit X = c d a. b œ ker(ap I n ), soit s œ J1,nK un indice tel que x n x s = max 1ÆjÆn x j, on montrera que x j = x s pour tout j œ J1,nK. 16. En déduire que ker(a I n )=Vect(U). 17. Montrer que, pour tout k œ N ú, la matrice R k est stochastique. 18. Montrer que la suite (R k ) kœn ú converge dans M n (R) vers une matrice P, stochastique, de rang 1. 19. En déduire que l on peut écrire P = UL, où L =( 1,, n ) œ M 1,n (R) est une matrice-ligne stochastique. 20. Montrer que PA = P. En déduire que L est la seule matrice-ligne stochastique vérifiant LA = L. 21. Montrer que les coe cients de la matrice-ligne L sont tous strictement positifs. 22. Montrer que le réel 1 est valeur propre simple de la matrice A. On pourra utiliser le résultat de la question 8. 4

IV Application au labyrinthe On approfondit l étude commencée dans la partie I en exploitant les résultats de la partie III. On pose A = t B où B est la matrice construite dans la partie I. Un calcul qui n est pas demandé, montre que les coe cients de la matrice A 2 sont tous strictement positifs. 23. Expliciter la limite P de la suite de matrices (R k ) kœn ú définie en (2)? 24. Montrer qu il existe une unique loi de probabilité sur l ensemble J1, 5K telle que, si la variable aléatoire S 0 suit cette loi, alors les variables S k suivent toutes la même loi (autrement dit, telle que la probabilité de présence du rat dans une salle soit la même à tous les instants k, k œ N). Fin du problème 5