Exercices de maths niveau MPSI.
Jonathan VACHER.
25 juin 2013
1 Analyse.
1.1 Nombres réels et suites.
Exercice 1 Soit f: [0,1] [0,1] croissante. En considérant {x[0,1]|∀t[0, x]f(t)> t}
montrer que fadmet un point fixe.
Exercice 2 Montrer que xR
+, x x2
2ln(1 +x)x. En déduire les limites des suites
un=Qn
k=1(1 k
n2)et vn=Qn
k=1(1 + k
n2).
Exercice 3 Soit (x, y)R2, montrer que :
1. |x|+|y| ≤ |x+y|+|xy|
2. 1 + |xy 1| ≤ (1 + |x1|)(1 + |y1|)
Exercice 4 Soient an=n
P
k=0
1
k!et bn=n
P
k=0
1
k!+1
n.n!=an+1
n.n!
a) Montrer que (an)et (bn)sont strictement monotones et adjacentes.
On admet que leur limite commune est e. On désire montrer que e /Qet pour cela on raisonne
par l’absurde en supposant e =p
qavec pZ, q N?.
b) Montrer que aq<e< bqpuis obtenir une absurdité.
Exercice 5 Soit (Hn)la suite définie pour nN?par
Hn=
n
X
k=1
1
k
a) Montrer que Hn+.
b) Soit (un)une suite telle que n(un+1 un)1. Montrer que un+.
Exercice 6 Soit (un)une suite de réels décroissante et de limite nulle.
Pour tout nN, on pose Sn=n
P
k=0
(1)kuk.
Montrer que les suites extraites (S2n)et (S2n+1)sont adjacentes et en déduire que (Sn)converge.
Exercice 7 Soit (un)une suite décroissante de réels telle que un+un+1 1
n.
a) Montrer que (un)converge vers 0+.
b) Donner un équivalent simple de (un).
Exercice 8 Étudier la suite (un)définie par u0>1et nN, un+1 = 1 + ln un.
Exercice 9 Étudier la suite (un)définie par u0Ret nN, un+1 =eun1.
1
Exercice 10 Soit a > 0et (un)la suite définie par u0>0et
nN, un+1 =1
2un+a
un
Étudier la convergence de la suite (un). On pose vn=una
un+a, en calculant vn+1 majorer |una|
lorsque u0>a.
1.2 Limites et continuité.
Exercice 1 Soit f: [0,1] [0,1], continue et telle que f(0) = f(1). Montrer que n
N,xnh0,11
nitel que f(xn) = f(xn+1
n). Commencer par n= 2,3, . . . .
Exercice 2 Montrer que f:x7−(1si xQ
0sinon est discontinue en tout point de R.
Exercice 3 Soit fdéfinie sur R
+telle que f(x)
xtend vers lRen +. Montrer que la
suite 1
nPn
k=1
f(ka)
kconverge et préciser sa limite.
Exercice 4 Soit f:RRcontinue. Pour LR+, on pose g(x) = f(x+L)f(x)et on
suppose que gtend vers len +. Montrer que f(x)
x
x+
l
L.
1.3 Dérivation
Exercice 1 Soit f∈ C2([a, b],R)telle que f(a) = f(b) = 0, montrer que |f(a)f(b)| ≤
(ba)2
4||f00||.
Exercice 2 Soit fcontinue sur R+et dérivable sur R
+, nulle en 0telle que f0est croissante
sur R
+.Montrer que la fonction x7→ f(x)
xest croissante.
Exercice 3 Soit fdérivable sur [0,1] telle que f(0) = 0 et f(1) = 1 et soit nN. Montrer
qu’il existe 0< x1<··· < xn<1telles que Pn
k=1 f0(xk) = n.
Exercice 4 Soit f∈ C2([0,1],R)telle que f(0) = 0, on définit un=Pn
k=1 f(k
n2). Montrer
que uconverge et déterminer sa limite.
Exercice 5 Soit f∈ C2(R,R)telle que (x, y)R2, f(x+y)f(xy)f(x)2.Montrer
que xR, f(x)f00(x)(f0(x))2.
1.4 Intégration
Exercice 1 Soit f∈ C1([a, b]),Rb
asin(λt)f(t)dt 0lorsque λ0.
Exercice 2 Pour nN,on pose In=Rπ/2
0sin(t)ndt. Trouver un relation de recurrence
entre Inet In2. Calculer In.
Exercice 3 Soit f∈ C1([0,1]) telle que x[0,1], f(x)2+f0(x)21 + x2.Montrer que
f(1)2f(0)24
3.
Exercice 4 Soit f∈ C([a, b]) telle que k∈ {0, . . . , n},Rb
atkf(t)dt = 0. Montrer que f
s’annule au moins n+ 1 fois.
Exercice 5 En utilisant R1
01
1+xdx, montrer que Pn
k=1
(1)k1
kconverge et calculer sa limite.
Exercice 6 Soit f∈ C([a, b]). On note f=1
baRb
af(t)dt. Montrer qu’il existe c[a, b]tel
que f(c) = f. Montrer ensuite qu’il existe CRtel que pour tout f∈ C([a, b]),||ff||2
C||f0||2avec ||f||2=Rb
af(t)2dt1
2.
Exercice 7 Étudier la suite 1
n
2n
X
k=n
ke
i(k+1)π
2n.
Exercice 8 Effectuer un changement de variable qui permute les bornes de
I=Zπ
4
0
ln(1 + tan(x))dx
. En déduire I.
1.5 Nombres complexes.
Exercice 1 Soit zU\{1}. Montrer que z+1
z1iR.
Exercice 2 Soit ωune racine n-ème de l’unité différente de 1. On pose
S=
n1
X
k=0
(k+ 1) ωk.
En calculant (1 ω)S, déterminer la valeur de S.
Exercice 3 Calculer le produit des racines de l’unité.
Exercice 4 Soit nN?. On note Unl’ensemble des racines nème de l’unité. Calculer
X
zUn|z1|.
Exercice 5 Soit nN?. Résoudre l’équation
(z+ 1)n= (z1)n.
Combien y a-t-il de solutions ?
1.6 Fonctions usuelles et trigonométriques.
Exercice 1 Résoudre l’équation tan(2 arctan(x)) = ade paramètre aR.
Exercice 2 Calculer lim
x0+
arccos(1x)
(x). On utilisera un changement de variable judicieux.
Que dire du comportement en 0+de argch(1 + x)?
Exercice 3 On pose Sn=Pn
i=0 2ith(2ix). Montrer que xR,th(x) = 2
th(2x)1
th(x). En
déduire les limites de Sn
2net Sn2n+1 lorsque n→ ∞ selon les valeurs de x.
Exercice 4 Calculer lim
x0
ln(1+x)
x. En déduire lim
n+(1 + x
n)n.
Exercice 5 Soit f: [0,+[[0,+[continue vérifiant
ff=Id
Déterminer f.
Exercice 6 Montrer que
x]0,1[ , xx(1 x)1x>1
2
Exercice 7 Soient f:IRet g:IRdeux fonctions continues telles que
xI, |f(x)|=|g(x)| 6= 0
Montrer que f=gou f=g.
Exercice 8 Soit f:RRdéfinie par
f(x) = x
1 + |x|
a) Montrer que fréalise une bijection de Rvers ]1,1[.
b) Déterminer, pour y]1,1[ une expression de f1(y)analogue à celle de f(x).
Exercice 9 Pour nNet xR, simplifier Pn(x) = n
Q
k=1
ch x
2ken calculant Pn(x)sh x
2n.
Exercice 10 lim
x+x
ln xln x
x
Exercice 11 Pour nNet xR+?, observer th((n+ 1)x)th(nx) = shx
ch(nx)ch((n+1)x).
Calculer Sn(x) = n
P
k=0
1
ch(kx)ch((k+1)x).
1.7 Fractions rationnelles.
Exercice 1 Montrer que X+1
X3(X1)2=5
X+3
X2+1
X35
X1+2
(X1)2.
Exercice 2 Montrer que 2X5
(X2)(X2+X+1) =1
7(X2) +1
7X+17
7
X2+X+1 .
Exercice 3 Montrer que X8X4+2
(X2+X+1)3=X23X+ 3 + 2X8
(X2+X+1) +4X+6
(X2+X+1)2+2X+1
(X2+X+1)3.
1.8 Équations différentielles.
Exercice 1 Déterminer les fonctions f:R
+Rdérivables sur R
+et telles que
(x, y)R2:f(xy) = f(x) + f(y).
Exercice 2 Déterminer les fonctions f:RRdérivables sur Ret telles que
(x, y)R2:f(x+y) = f(x)f(y).
Que dire si fest seulement continue ?
Exercice 3 Déterminer les fonctions f:RRdérivables sur Ret telles que
(x, y)R2:f(xy) = f(x)f(y).
Exercice 4 Déterminer les fonctions f:RRdérivables deux fois sur Ret telles que
(x, y)R2:f(x+y) + f(xy)=2f(x)f(y).
Exercice 5 Déterminer les fonctions f:R
+Rdérivables deux fois sur R
+et telles
que
xR
+:f0(x) = f(1
x).
Exercice 6 Déterminer les fonctions f:RRdérivables deux fois sur Ret telles que
xR:f0(1 x) = f(x+ 1).
Exercice 7 Résoudre ty0y=t2.
Exercice 8 Résoudre ty02y=t2.
Exercice 9 Résoudre y0+sin(t)y=sin(2t).
Exercice 10 Résoudre y00 2y0+ 2y= sin(t)et, y(π
2)=0, y0(π
2)=0.
Exercice 11 Résoudre y00 3y0+ 2y=tet, y(1) = 0, y0(1) = 0.
Exercice 12 Résoudre y00 1R+(t)y= 0.
Exercice 13 Soit µR. Y a-t-il existence, unicité d’une solution au problème suivant :
(y00 +µy = 0
y(0) = 0, y(1) = 0
Exercice 14 Soit µ > 0. On s’intéresse au problème de Cauchy suivant :
(C)(y00 +µy =h(t)
y(0) = y0, y0(0) = y0
0
Montrer que gest solution de (C)ssi z=g+i
µg0est solution de :
(C0)(y0+iµy =i
µh(t)
y(0) = y0+i
µy0
0
Exprimer z(t)puis g(t).
1.9 Courbes paramétrées.
Exercice 1 Étudier (x(t) = t
1+t3
y(t) = t2
1+t3
.
Exercice 2 Étudier
x(t) = sin(t)
1+cos(t)2
y(t) = sin(t)cos(t)
1+cos(t)2
.
Exercice 3 Étudier (x(t) = tsin(t)
y(t)=1cos(t).
Exercice 4 Étudier (x(t) = sin(t)
y(t) = cos(t)2
2cos(t)
.
Exercice 5 Étudier ρ(θ) = ln(1+θ)
(1+θ)2.
1 / 13 100%
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 !