1
ANALYSE
Exercice 1.01.
Pour tout r´eel x, on pose φ(x) = e
1
ln t
1 + x2t2dt.
1. Montrer que φest ainsi bien d´efinie sur R, `a valeurs strictement positives
et paire.
2. a) Prouver que pour tout (x0, x)R2,
φ(x)φ(x0)6x2x2
0e
1
t2ln t dt
b) En d´eduire la continuit´e de φsur R.
3. a) Prouver que φest d´erivable en 0 et calculer φ(0).
b) D´emontrer que φest d´erivable sur R.
4. ´
Etudier la monotonie de φsur R+.
5. a) Calculer e
1
ln t
t2dt.
b) D´eterminer lim
x+x2φ(x).
Solution
1. La fonction t7→ ln t
1 + x2t2est continue et positive sur [1,e] pour tout x
r´eel. Ainsi φest-elle d´efinie sur Ret positive sur Rpuisque 1 <e. Elle est de
mani`ere ´evidente paire.
2. a) Pour tout x0et tout x, on a :
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φ(x)φ(x0) = e
1
ln(t)1
x2t2+ 1 1
x2
0t2+ 1dt
φ(x)φ(x0) = e
1
ln(t)(x2
0x2)t2
(x2t2+ 1)(x2
0t2+ 1)dt
Comme t[1,e] et (x2t2+ 1)(x2
0t2+ 1) >1, on d´eduit :
φ(x)φ(x0)=e
1
(x2
0x2) ln(t)t2
(x2t2+ 1)(x2
0t2+ 1) dt6e
1x2
0x2ln(t)t2
(x2t2+ 1)(x2
0t2+ 1) dt
6x2x2
0e
1
ln(t)t2dt
D’o`u : (x0, x)R2:φ(x)φ(x0)6x2x2
0e
1
t2.ln t dt (1)
b) Par encadrement on d´eduit que pour tout x0: lim
xx0
φ(x)φ(x0) = 0,
ce qui prouve que φest continue en tout x0de Rdonc sur R.
3. a) D’apr`es l’in´egalit´e (1), avec x0= 0, on a pour tout xR:
φ(x)φ(0)6x2e
1
t2.ln t dt =
φ(x)φ(0)
x6|x|e
1
t2ln tdt
On en d´eduit par encadrement que lim
xx0
φ(x)φ(0)
x= 0, ce qui prouve que
φest d´erivable en 0, et que φ(0) = 0.
b) Pour tout r´eel xstrictement positif, effectuons le changement de variable
affine u=tx dans l’int´egrale d´efinissant φ(x), on a alors :
φ(x) = e
1
ln t
x2t2+ 1 dt =ex
x
ln(u/x)
(u2+ 1)xdu
φ(x) = 1
xex
x
ln u
u2+ 1 du ln x
xex
x
1
u2+ 1du (2)
Sous cette forme φest clairement d´erivable sur R
+et ´etant d´erivable en 0 et
paire elle est d´erivable sur R.
4. xR+,yR+,t[1,e] :
x6y=x2t2+ 1 6y2t2+ 1 =ln t
y2t2+ 1 6ln t
x2t2+ 1
=e
1
ln t
y2t2+ 1dt 6e
1
ln t
x2t2+ 1dt.
D’o`u φ(y)6φ(x). Ce qui montre que φest une fonction d´ecroissante sur
R+.
5. Pour tout x > 0 , on a :
φ(x)e
1
ln t
x2t2dt=e
1ln t
x2t2+ 1 ln t
x2t2dt
Analyse 7
=e
1
ln t
(x2t2(x2t2+ 1)dt61
x4e
1
ln t
t4dt
D’o`u : x2φ(x)e
1
ln t
t2dt61
x2e
1
ln t
t4dt
On d´eduit par encadrement et limite que : lim
x+x2φ(x)e
1
ln t
t2dt = 0 (3)
La relation (3) entraˆıne φ(x)
(+)
1
x2e
1
ln t
t2dt.
Une int´egration par parties donne : e
1
ln t
t2dt =e2
eet on conclut :
φ(x)
(+)
e2
e×1
x2
Exercice 1.02.
Soit run r´eel positif. On s’int´eresse aux suites r´eelles (un)nNv´erifiant, pour
tout nN, la relation de r´ecurrence : un+2 =un+1 +rnun.
1. Que dire de la suite (un)nNquand r= 0 ?
2. Dans cette question, on suppose r= 1.
a) Expliciter unpour tout nN.
b) On suppose u0= 0 et u1= 1. D´eterminer la limite de la suite (un)nN.
c) Existe-t-il des valeurs de u0et u1telles que la suite (un)nNconverge ?
3. Dans cette question, on suppose r>1 et u0>0, u1>0. ´
Etudier la
convergence de la suite (un)nN.
4. Dans cette question, on suppose 0 < r < 1 et u0>0, u1>0. On consid`ere
la suite (vn)nNd´efinie par : v1=u1et nN, vn+1 =1 + rn1vn.
a) ´
Etudier la convergence de la suite (vn)nN.
b) Comparer unet vnpour nNet en d´eduire la nature de la suite
(un)nN.
5. Dans cette question, on fait varier rdans l’intervalle [0,1[ et on note
un(r)nNla suite d´efinie par :
u0(r) = 1, u1(r) = 1, et nN, un+2(r) = un+1(r) + rnun(r).
On note L(r) la limite de la suite un(r)nN.
a) Montrer que, pour tout nN, la fonction r7→ un(r) est croissante sur
[0,1[.
b) En d´eduire que la fonction Lest croissante sur [0,1[.
8 ESCP Europe 2014 - Oral
c) Pour r[0,1[, justifier la convergence de la s´erie de terme g´en´eral
rkuk(r), et exprimer sa somme en fonction de L(r).
d) D´eterminer la limite de L(r) quand rtend vers 1.
Solution
1. Si r= 0 alors (un)n1est constante.
2. a) L’´equation caract´eristique de cette relation de r´ecurrence est x2x1 =
0 dont les racines sont x=1±5
2.
Donc unest de la forme :
un=λ1 + 5
2n+µ15
2n
Les conditions initiales donnent : u0=λ+µ
u1=λ1 + 5
2+µ15
2, d’o`u :
λ=(51) u0+ 2u1
25
µ=(5 + 1) u02u1
25
b) Pour u0= 0 et u1= 1, il vient :
un=1
51 + 5
2n1
515
2n
n→∞ +
Car 1 + 5
2>1 et |15
2|<1.
c) La suite (un) converge si et seulement si λ= 0, donc si et seulement si
(51) u0+ 2u1= 0 ; et alors (un) converge vers 0.
3. Par r´ecurrence un>0 et un(n1)u1pour n1, donc untend vers
+.
4. a) Par r´ecurrence, vn+2 =v1
n
k=01 + rkpour n>2.
Comme 0 < r < 1, on a rk0, donc ln(1 + rk)rk>0, et la s´erie
k0
ln(1 + rk) converge de somme not´ee L. Alors :
vn
n→∞ v1eL=V
b) un>0 est clair, donc (un)nNest croissante. Puis :
un+2 =un+1 +rnun6(1 + rn)un+1 6u1
n
k=0
(1 + rk) = vn+2 6V
car (vn)nNest croissante. La suite (un)nNest born´ee croissante, donc
convergente.
Analyse 9
5. a) Par r´ecurrence on montre que la fonction unest positive croissante :
c’est clair pour u0et u1et si on suppose le r´esultat acquis aux rangs net
n+1, on en d´eduit que un+2 est positive croissante comme somme et produit
de fonctions positives croissantes.
b) Ainsi la fonction Lest croissante par passage `a la limite.
c) On utilise une somme t´elescopique :
un+2(r)u1(r) =
n
k=0
(uk+2(r)uk+1(r)) =
n
k=0
rkuk(r), d’o`u :
L(r)1 =
k=0
rkuk(r)
(la s´erie ´ecrite est bien convergente puisque (un(r))nNconverge donc est
born´ee.)
d) On a n, un(r)1 par croissance de un(r)nN; donc
L(r) = 1 +
k=0
rkuk(r)>1 +
k=0
rk= 1 + 1
1r
r1+
Exercice 1.03.
On note El’ensemble des suites r´eelles (un)n1telles que la s´erie de terme
g´en´eral n2u2
nconverge et on note Fle sous-ensemble de Eform´e des suites
(un)n1pour lesquelles on a
n=1
n2u2
n61.
1. Montrer que la suite (un)n1d´efinie par un=1
n2appartient `a E.
Appartient-elle `a F?
2. Montrer que la suite (un)n1d´efinie par un=1
nn(n+ 1) appartient `a
Eet `a F.
3. Soit Xune variable al´eatoire suivant la loi g´eom´etrique de param`etre 1/2.
a) Rappeler les valeurs de E(X) et V(X).
b) Soit v= (vn)n1la suite d´efinie par vn=1
2n/2.´
Etudier l’appartenance
de v`a Eet `a F.
c) Construire, `a partir de la suite vpr´ec´edente, une suite wappartenant `a
F.
4. a) Montrer que, si uet vsont deux suites de E, alors la s´erie de terme
g´en´eral n2unvnest absolument convergente.
b) En d´eduire que Eest un R-espace vectoriel.
5. Fest-il un sous-espace vectoriel de E?
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