PCSI 2013-2014 CORRECTION DS n˚13 Lyc´ee de L’essouriau
PROBL`
EME 1
D’apr`es Concours des ´
Ecoles des Mines d’Albi, Al`es, Douai, Nantes - PCSI - 2000
Partie I - ´
Etude d’une ´equation fonctionnelle
1. Soit f=kIdEune homoth´etie vectorielle de rapport ko`u kest un nombre complexe.
On a (f+IdE)2n−IdE= (k+IdE)2n−IdE=P(k)IdEavec P= (X+ 1)2n−1.
Donc fest solution de l’´equation propos´ee si et seulement si kest racine de P, c’est `a dire X+ 1 est
une racine 2n-i`eme de l’unit´e, donc il existe un entier kcompris entre 0 et 2n−1 tel que X+ 1 = e2ikπ
2n
soit X=eikπ
n−1 avec kcompris entre 0 et 2n−1 .
2. En utilisant le binˆome de Newton, on a 2n=
2n
X
k=0
Ck
2net 0 =
2n
X
k=0
Ck
2n(−1)k.
Or tout entier kcompris entre 0 et 2nest soit de la forme 2lo`u lest un entier compris entre 0 et nsoit de
la forme 2l+1 o`u lest un entier compris entre 0 et n−1. En s´eparant dans les deux sommes pr´ec´edentes
les entiers pairs des entiers impairs, on a 2n=S+S0et 0 = S−S0, ce qui donne S=S0= 2n−1.
3. Soit sune sym´etrie. set IdEcommutent dans L(E) donc (s+IdE)2n=
2n
X
k=0
Ck
2nsk.
Or sk=IdEsi kest pair et sk=ssi kest impair car s◦s=IdE.
On obtient (s+IdE)2n−IdE= (S−1)IdE+S0s= (2n−1−1)IdE+ 2n−1s.
Ainsi si sest une sym´etrie solution du probl`eme pos´e s=2n−1−1
2n−1IdEqui n’est pas une sym´etrie.
Il n’y a donc pas de sym´etrie solution du probl`eme pos´e.
Partie II - ´
Etude d’une ´equation matricielle
4. Notons C=M0,1. Alors Cet I3appartiennent `a Get G={aI +bC, (a, b)∈C2}= Vect(I, C).
Donc Gest un sous espace vectoriel de M3(C) dont (I, C) est une famille g´en´eratrice.
Si λet µsont deux complexes tels que λI +µC = 0 alors Mλ,µ = 0 donc λ=µ= 0. La famille (I, C)
est libre. Gest donc un sous vectoriel de M3(C) de dimension 2 dont (I, C) est une base.
Soit Ma,b et Ma0,b0deux ´el´ements de G. Alors Ma,bMa0,b0=aa0I+ (ab0+ba0)C+bb0C2.
Or C2= 2I+Cdonc C2appartient `a Get Ma,bMa0,b0aussi.
On a mˆeme plus pr´ecis´ement : Ma,bMa0,b0= (aa0+ 2bb0)I+ (ab0+ba0+bb0)C=Maa0+2bb0,ab0+ba0+bb0
5. det(M(a, b)) = a3−3ab2+ 2b3= (a−b)(a2+ab −2b2)=(a−b)2(a+ 2b) .
La matrice M(a, b) est inversible si et seulement si son determinant ne s’annule pas donc si et seule-
ment si a6=bet a6=−2b
La matrice Ma,b est inversible si, et seulement si, a6=bet a6=−2b,
6. Pour a6=bet a6=−2b, il suffit de chercher a0, b0tels que
M(a, b)×M(a0, b0) = M(aa0+ 2bb0, ab0+a0b+bb0) = I.
On en d´eduit que aa0+ 2bb0= 1
ab0+a0b+bb0= 0 soit b0=b
b+aa0puis a0=b+a
(a−b)(a+ 2b).
Au final (M(a, b))−1=Mb+a
(a−b)(a+ 2b),−b
(a−b)(a+ 2b).
7. On trouve en calculant u(e0
1)=(a+ 2b)e0
1.
3