Exos sympas MP(*)

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Re: Exos sympas MP(*)

Message par BobbyJoe » 27 juil. 2018 07:30

Il est possible qu'en connaissant le résultat on puisse trouver une preuve plus rapide...
SPOILER:
Introduisons pour $u$ appartenant à $\mathbb{N}^{*}$ le polynôme $\displaystyle P(X)=\prod_{i=0}^{u}(X+i).$ Alors par une décomposition en éléments simples, on a $\displaystyle \frac{1}{P(X)}=\sum_{i=0}^{u}\frac{1}{P'(-i)}\frac{1}{X+i},$ qui donne en particulier $\displaystyle \sum_{i=0}^{u}\frac{1}{P'(-i)}=0\mbox{ } \textbf{(*)}.$
Ainsi, en regardant la plage commune d'indices, on a pour tout $N$ appartenant à $\mathbb{N}^{*}$ (assez grand),
\begin{align*}
\sum_{n=1}^{N}\frac{1}{P(n)} & =\sum_{i=0}^{u}\frac{1}{P'(-i)}\sum_{n=1}^{N}\frac{1}{n+i}\\
& = \sum_{i=0}^{u}\frac{1}{P'(-i)}\sum_{n=1+i}^{N+i}\frac{1}{n}\\
& =\sum_{i=0}^{u}\frac{1}{P'(-i)}\left(\sum_{n=1+i}^{N+i}\frac{1}{n}-\sum_{n=1}^{N}\frac{1}{n}\right) \mbox{ par } \textbf{(*)}\\
& =\sum_{i=0}^{u}\frac{1}{P'(-i)}\left(\sum_{n=N+1}^{N+i}\frac{1}{n}-\sum_{n=1}^{i}\frac{1}{n}\right)\\
& \longrightarrow_{N\rightarrow +\infty} -\sum_{i=1}^{u}\frac{1}{P'(-i)}H_{i},
\end{align*}
où $H_{i}$ désigne le $i$-ème nombre harmonique.

Par un calcul direct, on a enfin pour tout $i$ appartenant à $\{0,\ldots,u\},$ $\displaystyle P'(-i)=(-1)^{i}i!(u-i)!.$ Ainsi, il vient $$A(u):=-\sum_{i=1}^{u}\frac{1}{P'(-i)}H_{i}=\frac{1}{u!}\sum_{i=1}^{u}(-1)^{i+1}\binom{u}{i}H_{i}.$$

Or, on a par la formule du triangle de Pascal puis par la formule du binôme de Newton (avec la convention que $H_{0}=0$) :
\begin{align*}
(u+1)!A(u+1) & =\sum_{i=1}^{u+1}(-1)^{i+1}\binom{u}{i}H_{i}+\sum_{i=1}^{u+1}(-1)^{i+1}\binom{u}{i-1}H_{i}\\
& = \sum_{i=0}^{u}(-1)^{i+1}\binom{u}{i}H_{i}+\sum_{i=0}^{u}(-1)^{i}\binom{u}{i}H_{i+1}\\
& =\sum_{i=0}^{u}(-1)^{i}\frac{\binom{u}{i}}{i+1}\\
& =\frac{1}{u+1}\sum_{i=0}^{u}(-1)^{i}\binom{u+1}{i+1}\\
& =\frac{1}{u+1}.
\end{align*}

La limite recherchée est donc pour $u\geq 1,$ $\displaystyle A(u)=\frac{1}{u!u}.$

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Re: Exos sympas MP(*)

Message par BobbyJoe » 27 juil. 2018 07:45

Un exercice amusant (maintenant à la lisière du programme de spé de MP car on y fait peu d'équa diff. et peu de dualité...)

Soit $E$ sous-espace vectoriel de dimension finie de $\mathbb{C}^{0}(\mathbb{R},\mathbb{R}).$ On suppose que $E$ est invariant par translation i.e. pour tout $f$ appartenant à $E,$ pour tout $h$ appartenant à $\mathbb{R},$ $\tau_{h}(f)$ appartient à $E$ où $\tau_{h}(f) : x\mapsto f(x+h).$

Montrer que $E$ est l'ensemble des solutions d'une équation différentielle linéaire à coefficients constants.

Indication : Le point difficile est de prouver que les fonctions de $E$ sont dérivables ou en d'autres termes de montrer que la dérivation (classique) est un endomorphisme de $E.$

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Re: Exos sympas MP(*)

Message par kingsl » 27 juil. 2018 14:45

noro a écrit :
25 juil. 2018 23:10
kingsl a écrit :
25 juil. 2018 21:10

Est ce que c'est possible d'avoir la valeur de la limite ?
Oui
Je voulais le resultat de la limite pour verifier plutot 😂

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Re: Exos sympas MP(*)

Message par oty20 » 28 juil. 2018 05:50

BobbyJoe a écrit :
27 juil. 2018 07:45
Un exercice amusant (maintenant à la lisière du programme de spé de MP car on y fait peu d'équa diff. et peu de dualité...)

Soit $E$ sous-espace vectoriel de dimension finie de $\mathbb{C}^{0}(\mathbb{R},\mathbb{R}).$ On suppose que $E$ est invariant par translation i.e. pour tout $f$ appartenant à $E,$ pour tout $h$ appartenant à $\mathbb{R},$ $\tau_{h}(f)$ appartient à $E$ où $\tau_{h}(f) : x\mapsto f(x+h).$

Montrer que $E$ est l'ensemble des solutions d'une équation différentielle linéaire à coefficients constants.

Indication : Le point difficile est de prouver que les fonctions de $E$ sont dérivables ou en d'autres termes de montrer que la dérivation (classique) est un endomorphisme de $E.$
Au premier abord cet exo fait peur , c'est tiré d'un oral ?

Le tout réside sur le fait de la finitude de la dimension de E , soit $ E=vect(v_{1},...,v_{n}) ,~~n=dim(E) $ , pour connaitre un endomorphisme il suffit de voir ce qu'il ''fait'' à une base. (je vais changer les notations pour simplifier l’écriture latex)

soit $ h \in \mathbb{R}^{*} $

pour tout $ i \in [[1,n]] $ , $ v_{i}(x+h)=\sum_{j=1}^{n} t_{i,j}(h)v_{j}(x) $ ce qui donne matriciellement

$ \\~~~~~~~~~~~V(x+h)=T(h)V(x) $ ,

Ainsi $ \frac{V(x+h)-V(x)}{h}=\frac{T(h)-T(0)}{h} V(x) $ ,
il suffit de montrer la différentiabilité de $ h \to T(h) $ en 0, T(h) une matrice carrée réelle .

à suivre je suis rouillé dans ce domaine .....il faudrait revoir certains cours :lol:
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Message par oty20 » 02 août 2018 01:08

Bonsoir une indication pour montrer la différentiabilité en 0 ?
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Re: Exos sympas MP(*)

Message par Nabuco » 02 août 2018 01:33

oty20 a écrit :
02 août 2018 01:08
Bonsoir une indication pour montrer la différentiabilité en 0 ?
T vérifie une certaine équation, il suffit de montrer la continuité en 0 pour avoir la différentiabilité si je ne m'abuse

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Re: Exos sympas MP(*)

Message par oty20 » 02 août 2018 01:51

Merci pour votre réponse, mais je doute que je ne vous suive on a pas la linéarité , par contre on a par la multiplication des matrices $ T(h+l)=T(h)T(l) $
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Message par BobbyJoe » 02 août 2018 03:21

Tu peux par exemple intégrer par rapport à un des paramètres et utiliser le fait que si une application linéaire est "proche" de l'identité, elle est aussi inversible (n'oublie pas que l'on est en dimension finie!)

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Re: Exos sympas MP(*)

Message par oty20 » 02 août 2018 17:45

Bonsoir ,nous pensons avoir complété une preuve de la continuité en 0 en utilisant le déterminant de Casorati :

Comme la famille $ (v_{1},..,v_{n}) $ est libre on dispose de $ (x_{1},..,x_{n}) $ tels que la matrice :

$ C_{v_{1},..,v_{n}}(x_{1},...,x_{n}) $ est inversible

on pose $ M_{h}=C_{v_{1},...,v_{n}}(x_{1}+h,...,x_{n}+h) $ , $ M_{0}=C_{v_{1},..,v_{n}}(x_{1},...,x_{n}) $ est inversible.

Par ailleurs on a : $ M_{h}=T(h)M_{0} $

donc $ T(h)=M_{h}M_{0}^{-1} $ est continue , car la coefficient $ m_{i,j}(h) $ de $ M_{h} $ est
$ m_{i,j}(h)=v_{i}(x_{j}+h) \to m_{i,j}(0) $ quand $ h \to 0 $.

@BobbyJoe il me semble que vous suggérez d'exprimer T sous forme d'une intégrale, non ?

@Nabuco on a suivi votre piste en essayant de montrer la continuité en zéro, mais je ne vois toujours pas pourquoi c'est suffisant, je ne me rappelle pas d'une propriété du cours qui dit cela pour ce type d'application.
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Message par Nabuco » 03 août 2018 04:10

oty20 a écrit :
02 août 2018 17:45
Bonsoir ,nous pensons avoir complété une preuve de la continuité en 0 en utilisant le déterminant de Casorati :

Comme la famille $ (v_{1},..,v_{n}) $ est libre on dispose de $ (x_{1},..,x_{n}) $ tels que la matrice :

$ C_{v_{1},..,v_{n}}(x_{1},...,x_{n}) $ est inversible

on pose $ M_{h}=C_{v_{1},...,v_{n}}(x_{1}+h,...,x_{n}+h) $ , $ M_{0}=C_{v_{1},..,v_{n}}(x_{1},...,x_{n}) $ est inversible.

Par ailleurs on a : $ M_{h}=T(h)M_{0} $

donc $ T(h)=M_{h}M_{0}^{-1} $ est continue , car la coefficient $ m_{i,j}(h) $ de $ M_{h} $ est
$ m_{i,j}(h)=v_{i}(x_{j}+h) \to m_{i,j}(0) $ quand $ h \to 0 $.

@BobbyJoe il me semble que vous suggérez d'exprimer T sous forme d'une intégrale, non ?

@Nabuco on a suivi votre piste en essayant de montrer la continuité en zéro, mais je ne vois toujours pas pourquoi c'est suffisant, je ne me rappelle pas d'une propriété du cours qui dit cela pour ce type d'application.
Ensuite c est une technique classique: si T est multiplicative alors c est une fonction de la forme M exp(tA) avec A et M des matrices carrées (C est une sorte d équation de Cauchy généralisée). En fait on obtient la differentiabilité de T en tout point en faisant apparaître des intégrales (par exemple en intégrant entre x et x+h pour h petit). Cette technique permet de calculer les morphismes continus de groupe de C* par exemple.

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