Méthodes de calcul et statistiques I Nombres complexes et

BGPC–LM100 Année 2007-2008
Méthodes de calcul et statistiques
Corrigé du contrôle continu du 29 mars 2008
I Nombres complexes et trigonométrie
z0
z1
z2
z3
z4
x
y
Les 5 racines.
I.3 L’équation (1) s’écrit, en notant ρet θle module et l’argument de z:
ρ e5=ρ5ei5θ= 1ei0ρ5= 1 et 5θ= 0 [2π],
d’où ρ= 1 et θ=k2π/5k∈ {0,1,2,3,4}. Soit les cinq racines :
z0= 1 , z1=ei2π/5, z2=ei4π/5, z3=ei6π/5, z3=ei8π/5.(3)
I.3 Le nombre 1 étant une des racines, on sait que l’on peut factoriser par z1. Il suffit de développer le
polynôme de l’équation (2) :
(z1) (z4+z3+z2+z+ 1) = z5©©
©
z4©©
©
+z4Z
Z
z3+@
@
z3©©
©
z2©©
©
+z2HH
zH
H
+z1 = z51 = 0
I.4 Il suffit de développer et de regrouper les termes dépendants de φ:
(z2+φ z + 1)(z2z+ 1) = z4+z2+ 1 + (z+z3)(φ1) = z4+z3+z2+z+ 1
si et seulement si φ1= 1, soit φ2φ1 = 0.
I.5 On résout l’équation du second degré en φ±= (1 ±5)/2, dont seule la racine φ= (1 + 5)/2est
comprise entre 1 et 2.
II Vecteurs et matrices
A
D
C
B
x
y
z
Les 4 points.
II.2 On a : AB
AB =OB OA = (2,2,2) (1,1,1) = (1,1,1) ,
DC
DC =OC OD = (1,0,1) (0,1,1) = (1,1,0) .
II.3 M·OA = (1 + 1/2,11/2,0) .
Comme il apparaîtra plus tard, Mest une isométrie de l’espace (matrice
orthogonale), de déterminant 1, laissant invariante la droite engendrée par le
vecteur i+j(c’est à dire telle que y=x,z= 0). C’est donc une rotation autour
de cet axe. On montre que l’angle de cette rotation est de π/2en constatant
que le vecteur k, perpendiculaire à l’axe, est amené dans le plan 0xy (3ècolonne de M).
II.4 Le calcul de det(M)de fait de façon la plus commode en développant par rapport à la dernière colonne :
det(M) = 1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
+
1
2
1
2
1
2
1
2
=1
21
2+1
2= 1
II.5 Il s’ensuit que la matrice Mest inversible. On peut évaluer son inverse par la méthode de Gauss,
en commençant par multiplier par 2 les deux premières lignes et par η=2la troisième, puis en
permutant les deuxième et troisième lignes (pour éviter un pivot nul) :
1 1 η|2 0 0
1 1 0 |0 0 η
1 1 η|0 2 0
`2(`1+`2)/2
`3`3`1
1 1 η|+2 0 0
0 1 η/2|+1 0 η/2
0 0 2η|−2 2 0
`1`1`2
`3←−`3/2η
1 0 η/2|+1 0 η/2
0 1 η/2|+1 0 η/2
0 0 1 |110
`1`1η`3/2
`2`2η`3/2
1 0 0 |+1/2 1/2η/2
0 1 0 |+1/2 2/2η/2
0 0 1 |110
1
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et en utilisant η/2 = 1/2, il vient :
M1=
1
2
1
2
1
2
1
2
1
21
2
1
21
20
,(4)
et on constate que M1=t
M, comme on devait s’y attendre en constatant que Mest une matrice
orthogonale, c’est à dire que ses vecteurs colonnes sont de norme 1 et perpendiculaires deux à deux.
II.6 L’équation M·X=Xs’écrit encore (M11)·X= 0, soit :
1
2x+1
2y+1
2z= 0 1
2x1
2y1
2z= 0 1
2x+1
2y1z= 0 (5)
II.7 Le système obtenu est visiblement homogène1. Par contre le fait que Msoit inversible n’assure au-
cunement le fait que M11 le soit (ou non). En revanche, on constate immédiatement que les deux
premières équations sont identiques, ce qui indique que le système n’est pas régulier (det(M11) = 0),
et il y a donc une infinité de solutions.
II.8 La résolution de ce système peut être faite par une élimination fondée sur la méthode de Gauss. Mais
ici on voit que `1+`3/2donne z= 0 ; en reportant alors dans `1, il s’ensuit que x=y, d’où les
solutions :
X= (x, x, 0) pour xIR .
III Fonctions et développements limités
III.1 On a : f(x) = Pn
p=0
f(p)(x0)
p!(xx0)p+ (xx0)n(xx0), où (xx0)0pour (xx0)0.
III.2 On calcule successivement : f0(x) = x/x2+ 5 et f00(x) = 5/(x2+ 5)2/2. Donc f(2) = 3,f0(2) = 2/3
et f00(x) = 5/27.
D’où le DL2:f(x)3 + 2
3(x2) + 5
2×27 (x2)2.
III.3 On constate immédiatement que le numérateur et le dénominateur de gtendent vers 0 lorsque x2,
ce qui donne une forme indéterminée. On peut alors utiliser le DL de fà l’ordre 1 pour écrire :
g(x)4x2
3(3 + 2
3(x2)) =(x+ 2)(x2)
2
3(x2)) =3(x+ 2)
2
x26.(6)
III.4 La fonction fest définie sur IR. Elle est paire. Compte tenu des dérivées obtenues ci-dessus, on constate
que f0(x)est du signe de x, et que f00(x)est strictement positive ; fest donc convexe et n’a pas de point
d’inflexion.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8
Graphe de la fonction f.
Ses limites en ±∞ sont visiblement +. De plus,
on peut écrire pour xgrand : f(x) = xp1+5/x2
x(1 + 1/2×5/x2), ce qui montre que f(x)x
5/2x0+lorsque x+. On en déduit que le
graphe de fpossède deux asymptotes obliques de
pente ±1en ±∞. D’où le tableau de variation et le
graphe (c’est une hyperbole) :
x−∞ 0 +
f0(x)10 + +1
f(x) +∞ & 5%+
1. Sans discuter a priori la nullité éventuelle de X(comme on lit dans beaucoup de copies), ce qui est absurde, puisque
cela revient à dire : «si je suppose que Xest nul, alors je trouve comme solution Xnul.
2. Il est absurde de développer ce polynôme, puisque il n’a d’intérêt qu’au voisinage de x= 2, et aucun sens autour
de x= 0.
2
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