Devoir non surveillé no 1

Suite implicite

Pour tout nN, on définit la fonction gn : xxn ln(x) sur R+∗.

  1. Soit nN. Déterminer les variations et limites de gn.
  2. Si n ≥ 3, montrer que l’équation x = n ln(x) admet deux solutions réelles. On notera un la plus petite de ces deux solutions.
  3. Pour tout n ≥ 3, déterminer le signe de gn+1(un). En déduire que la suite (un) est décroissante.
  4. Montrer que la suite (un) converge vers 1.
  5. Montrer que la suite (n(un − 1)) converge vers 1.

Loi du maximum

Soit (X1, … , Xn) une famille de variables aléatoires indépendantes telles que pour tout i ∈ ⟦1, n la variable Xi suive la loi uniforme sur l’intervalle ⟦1, i. Déterminer la loi du maximum M = max(X1, … , Xn).

Trigonométrie

  1. Montrer que pour tout xR on a sin(2x) = 2 sin(x) cos(x) et cos(2x) = cos(x)2 − sin(x)2.
  2. En déduire que pour tout x ∈ ]0 ; π[ on a (sin(x))/(1 − cos(x)) = (1)/(tan(x/2)).
  3. Pour tout entier n ≥ 2 on pose Sn = k=0n−1 sin((kπ)/(n)). Montrer que Sn = (1)/(tan((π)/(2n))).
  4. En déduire la limite de la suite (Sn / n)

Puissances de matrices

Soit nN.

  1. Déterminer l’expression des puissances de la matrice A ∈ ℳn(R) dont tous les coefficients valent 1.
  2. Soit pN. Montrer que i=1p (i parmi p) ni−1 = ((n + 1)p − 1)/(n).
  3. En déduire une expression de Bp, où B ∈ ℳn(R) est la matrice dont les coefficients s’écrivent pour tout (i, j) ∈ ⟦1, n2, bi,j = 1 si ij et bi,i = 2.
  4. Montrer que la matrice B est inversible et préciser l’expression des coefficients de B−1.

Formule de Taylor avec reste intégral

  1. Soit f une fonction de classe 𝒞n+1 sur un intervalle I. Soient a et b deux réels dans I. Démontrer la formule f(b) = k=0n ((ba)k)/(k!) f(k)(a) + ab ((bt)n)/(n!) f(n+1)(t) dt.
  2. Soit xR. Montrer l’égalité exp(x) = k=0n (xk)/(k!) + 0x ((xt)n)/(n!) exp(t) dt.
  3. Montrer que pour tout tR tel que |t||x| on a |((xt)n)/(n!) exp(t)|((2|x|)n)/(n!) exp(|x|).
  4. En déduire la convergence de la série exponentielle.

Matrice aléatoire

On considère deux variables aléatoires indépendantes X et Y suivant une même loi géométrique de paramètre p ∈ ]0 ; 1[.

  1. Montrer que la matrice [[X ;2Y][2Y ;X]] est inversible si et seulement si X ≠ 2Y.
  2. Calculer la probabilité P(X = 2Y).
  3. En déduire la probabilité pour que la matrice soit inversible.