´
Epreuve des petites mines, commune, 1995 - corrig´
e
c
Franc¸ois Fayard, prot´eg´e par la GNU Free Documentation License source disponible sur http://www.velvia.org
Probl`eme 1
Partie I
1. (a) i. On cherche le d´eveloppement limit´e (si il existe) de 1/t 1/sin ten 0 `a
l’ordre 4. Calculons tout d’abord l’ordre kauquel il est ecessaire d’effectuer
le d´eveloppement limit´e de sin t:
1
t1
sin t=1
t1
tDLk1
=1
t11
DLk1
=1
t(1 DLk1) = 1
tDLk1= DAk2
Donc k2 = 4. Il est donc n´ecessaire d’effetcuer un eveloppement limit´e de
sin t`a l’ordre 6.
sin t=t1
3!t3+1
5! t5+o
t0t6
Donc : 1
sin t=1
t
1
11
6t2+1
120 t4+o
t0(t5)
Par division selon les puissances croissantes :
1
sin t=1
t1 + 1
6t2+7
360t4+o
t0t5
1
t1
sin t=1
6t7
360t3+o
t0t4
Donc :
ϕ(t) = 1
6t7
360 t3+o
t0
t6=0 t4
Comme ϕ(0) = 0, on en d´eduit :
ϕ(t) = 1
6t7
360 t3+o
t0t4
ii. Par troncature, ϕadmet un d´eveloppement limit´e en 0 `a l’ordre 0 donc est
continue en 0. De mˆeme ϕadmet un eveloppement limit´e en 0 `a l’ordre 1
donc ϕest d´erivable en 0 et :
ϕ0(0) = 1
6
(b) D’apr`es les th´eor`emes usuels, ϕest de classe C1sur [π/2, π/2] \ {0}. D’apr`es la
question pr´ec´edente, ϕest continue et d´erivable en 0. Il reste `a montrer que ϕ0est
continue en 0. Or :
thπ
2,π
2i\ {0}ϕ0(t) = 1
t2+cos t
sin2t
On cherche la limite de cette expression lorsque ttend vers 0. Il est donc n´ecessaire
d’en effectuer un d´eveloppement limit´e `a l’ordre 0. Un raisonnement similaire `a
celui de la question pr´ec´edente nous montrer qu’il faut effectuer un eveloppement
limit´e de sin2t`a l’ordre 4 :
sin t=t1
6t3+o
t0t3
sin2t=t211
6t2+o
t0t22
=t211
3t2+o
t0t2
Donc, par division selon les puissances croissantes :
cos t
sin2t=1
t2
11
2t2+o
t0t2
11
3t2+o
t0(t2)
=1
t211
6t2+o
t0t2
1
t2+cos t
sin2t=1
6+o
t0(1)
Donc :
ϕ0(t)
t0
t6=0
1
6=ϕ0(0)
Donc ϕ0est continue en 0.
ϕest de classe C1sur π
2,π
2
(c) On remarque que :
thπ
2,π
2i\ {0}ψ(t) = 1 (t)
De plus cette ´egalit´e est vraie en 0, donc :
thπ
2,π
2iψ(t) = 1 (t)
D’apr`es la question pr´ec´edente et les th´eor`emes usuels, on en d´eduit que ψest de
classe C1sur [π/2, π/2] et :
thπ
2,π
2iψ0(t) = ϕ(t)0(t)
En particulier, pour t= 0, on a :
ψ0(0) = 0
2. Soit gune fonction de classe C1sur [a, b]. Alors, pour tout λ > 0 :
Zb
a
g(t) sin (λt) dt
=Zb
a
g(t)
|{z}
erive
int`egre
z}| {
sin (λt) dt
car gest de classe C1
=g(t)(1)
λcos (λt)b
a
Zb
a
g0(t)(1)
λcos (λt) dt
6|g(b)|+|g(a)|
λ+1
λZb
a
|g0(t)|dt
λ+0
En conclusion :
Si gest de classe C1sur [a, b] :
Zb
a
g(t) sin (λt) dt
λ+0
3. (a) Soit nNet t]0, π[. Alors :
n
X
k=1
ei2kt =
n
X
k=1 ei2tk
=ei2t
n
X
k=1 ei2tk1
=ei2t
n1
X
k=0 ei2tk
=ei2t1ei2nt
1ei2tcar ei2t6= 1
=ei2teint eint eint
eit (eit eit)
=ei(n+1)t(2i) sin (nt)
(2i) sin t
=ei(n+1)tsin (nt)
sin t
Donc :
1 + 2
n
X
k=1
cos (2kt) = 1 + 2 Re n
X
k=1
ei2kt!
= 1 + 2 cos ((n+ 1) t)sin (nt)
sin t
=sin t+ 2 cos ((n+ 1) t) sin (nt)
sin t
=sin t+ sin (2n+ 1) tsin t
sin t
=sin ((2n+ 1) t)
sin t
En conclusion :
nNt]0, π[Sn(t) = sin ((2n+ 1) t)
sin t
(b) On a :
Sn(0) = 1 + 2
n
X
k=1
1 = 1 + 2net Sn(π) = 1 + 2
n
X
k=1
1 = 1 + 2n
En conclusion :
nNSn(0) = Sn(π) = 1 + 2n
(c) On a :
Jn=Zπ
2
0
sin ((2n+ 1) t)
sin tdt
=Zπ
2
0
Sn(t) dt
=Zπ
2
0"1 + 2
n
X
k=1
cos (2kt)#dt
=π
2+ 2
n
X
k=1 Zπ
2
0
cos (2kt) dt
=π
2+ 2
n
X
k=1 sin (2kt)
2kπ
2
0
=π
2
En conclusion :
nNJn=π
2
Partie II
1. (a) D’apr`es la question 1.b de la partie I, ϕest de classe C1sur [0, π/2]. Donc, d’apr`es
la question 2 de la partie I :
Zπ
2
0
ϕ(t) sin ((2n+ 1) t) dt
n+0
(b) Puisque :
sin ((2n+ 1) t)
t= (2n+ 1) sin ((2n+ 1) t)
(2n+ 1) t
t02n+ 1
l’inegrale :
In=Zπ
2
0
sin ((2n+ 1) t)
tdt
a bien un sens. De plus :
In=Zπ
2
0
sin ((2n+ 1) t)
tdt
=Zπ
2
01
t1
sin tsin ((2n+ 1) t) dt+Zπ
2
0
sin ((2n+ 1) t)
sin tdt
=Zπ
2
0
ϕ(t) sin ((2n+ 1) t) dt
| {z }
n+
0
+π
2
n→∞
π
2
En conclusion :
In
n+
π
2
2. (a) i. Puisque :
sin t
t
t01
On en d´eduit que :
fse prolonge par continuit´e en 0 en posant f(0) = 1.
ii. Soit nN. Alors :
In=Zπ
2
0
sin ((2n+ 1) t)
tdt
=Z(2n+1) π
2
0
(2n+ 1) sin u
u
1
2n+ 1 du u = (2n+ 1) t
=F(2n+ 1) π
2
En conclusion :
nNF(2n+ 1) π
2=In
(b) Soit x>π/2. Alors :
1
22
πx1>0
On pose :
n=E1
22
πx1>0
Alors :
n61
22
πx1< n + 1
2n62
πx1<2n+ 2
2n+ 1 62
πx < 2n+ 3
(2n+ 1) π
26x < (2n+ 3) π
2
Donc :
Pour tout x>π/2, il existe nNtel que :
(2n+ 1) π
26x < (2n+ 3) π
2
(c) Soit x>3π/2. Alors :
Zx
α(x)
sin t
tdt
6Zx
α(x)
|sin t|
tdt
6Zx
α(x)
dt
t
6Zx
α(x)
dt
α(x)
6xα(x)
α(x)
6π
xπcar xα(x)6πet α(x)>xπ > 0
6π
xπ
x+0
En conclusion :
Zx
α(x)
sin t
tdt
x+0
(d) Montrons que F(x) tend vers π/2 lorsque xtend vers +.
F(x)π
26|F(x)F(α(x))|+F(α(x)) π
2
6Zx
α(x)
sin t
tdt
|{z }
x+
0
+Iα(x)π
2
|{z }
x+
0
x+0
En conlusion :
F(x)
x+
π
2
3. (a) Soient xet yeels tels que 0 < x < y. Alors :
Zy
x
sin t
tdt=Zy
x
int`egre
z}|{
sin t1
t
|{z}
erive
dt
=cos t
ty
x
Zy
x
cos t
t2dt
6
cosx
xcos y
y+Zy
x
cos t
t2dt
6
cosx
xcos y
y+Zy
x
dt
t2
6
cosx
xcos y
y+1
x1
y
61
x+1
y+1
x1
y
62
x
En conclusion :
Si xet ysont des r´eels tels que 0 < x < y :
Zy
x
sin t
tdt62
x
(b) Soit x > 0. Alors, pour tout y > x :
|F(y)F(x)|=Zy
x
sin t
tdt62
x
En faisant tendre yvers +, on obtient :
x > 0|lF(x)|62
x
Partie III
1. (a) Soit nN. Alors :
Zπ
0αt +βt2cos (nt) dt
=Zπ
0αt +βt2
|{z }
erive
int`egre
z}| {
cos (nt) dt
=1
nαt +βt2sin (nt)π
01
nZπ
0
(α+ 2βt)
| {z }
erive
int`egre
z }| {
sin (nt) dt
=1
n2[(α+ 2βt) (1) cos (nt)]π
0+1
n2Zπ
0
2βcos (nt) dt
=1
n2((1)n(α+ 2βπ)α)
Donc αet βsont solution du probl`eme lorsque :
nα+ 2πβ = 0
α= 1 α=1
β=1
2π
En conclusion :
α=1 et β=1
2πsont solution du probl`eme pos´e.
(b) Soit nN. Alors, pour tout kJ1, nK:
Zπ
0αt +βt2cos (kt) dt=1
k2
donc
Zπ
0αt +βt2 n
X
k=1
cos (kt)!dt=
n
X
k=1
1
k2
donc
Zπ
0αt +βt2 1 + 2
n
X
k=1
cos (kt)!dt=Zπ
0αt +βt2dt+ 2
n
X
k=1
1
k2
donc Zπ
0αt +βt2Snt
2dt=απ2
2+βπ3
3+ 2
n
X
k=1
1
k2
donc
2
n
X
k=1
1
k2Zπ
0αt +βt2Snt
2dt=π2
2π2
6
donc
nN2
n
X
k=1
1
k2Zπ
0αt +βt2Snt
2dt=π2
3
(c) On erifie que :
t]0, π]h(t) = ψt
22 (α+βt)
Puisque ψse prolonge par continuit´e en une fonction de classe C1sur [0, π], il en
est de mˆeme pour h. En conclusion :
hse prolonge en une fonction de classe C1sur [0, π].
2. (a) D’apr`es la question 1.b :
un=π2
6+1
2Zπ
0
αt +βt2
sin t
2sin n+1
2tdt
=π2
6+1
2Zπ
0
h(t) sin n+1
2tdt
| {z }
n+
0
car hest de classe C1sur [0, π]. En conclusion :
un
n+
π2
6
(b) Soit nN. Alors :
u2n=
2n+1
X
k=1
1
k2
=
2n+1
X
k=1
k0[2]
1
k2+
2n+1
X
k=1
k1[2]
1
k2
=
n
X
k=1
1
(2k)2+
1
X
k=0
1
(2k+ 1)2
=1
4un+vn
1 / 8 100%
La catégorie de ce document est-elle correcte?
Merci pour votre participation!

Faire une suggestion

Avez-vous trouvé des erreurs dans linterface ou les textes ? Ou savez-vous comment améliorer linterface utilisateur de StudyLib ? Nhésitez pas à envoyer vos suggestions. Cest très important pour nous !