Cahier de textes 2020–2021 et programme des colles de mathématiques en KHBL

Fermeture

Les définitions et résultats répertoriés en tête de chaque chapitre sont susceptibles d’être demandés en interrogation de cours ou en colle. En question de cours en début de colle, sauf indication contraire, chaque propriété doit être accompagnée de sa démonstration.

Ces deux semaines portent sur tout le programme de probabilités des deux années. La colle pourra commencer par une question de cours portant sur les formules et définitions essentielles, une loi de référence avec espérance et variance éventuelle.

Définitions essentielles
Indépendance de variables aléatoires, espérance, variance, probabilité conditionnelle, covariance, coefficient de corrélation linéaire
Lois de référence
Bernoulli, binomiale, uniforme discrète ou à densité, Poisson, géométrique, exponentielle, normale
Formules essentielles
Probabilités totales, probabilités composées, Bayes, Koenig-Huygens, théorème de transfert, inégalités de Markov ou de Bienaymé-Tchebychev
Programme de colles
Étude d’une ou plusieurs variables aléatoires discrètes ou à densité sans produit de convolution
Sujet d’annales
HEC 2014

Ces deux semaines sont banalisées pour le deuxième concours blanc. Des colles facultatives seront possibles du mercredi 17 au vendredi 19 mars.

Ces deux semaines portent sur tout le programme d’algèbre des deux années. La colle pourra commencer par une question de cours portant sur les formules et définitions essentielles.

Définitions essentielles
Conjugué et module, exponentielle complexe, racine et ordre de multiplicité, système de Cramer, colinéarité, famille libre ou génératrice, base, dimension, rang, projecteur, symétrie, valeur propre et vecteur propre, espace propre, inversibilité, diagonalisabilité
Formules essentielles
Formules d’Euler, caractérisation de l’ordre de multiplicité avec le polynôme dérivé, transposée du produit, théorème du rang, formule de Grassmann, famille de vecteurs propres, caractérisation de la diagonalisabilité avec les espaces propres
Programme de colles
Étude de matrices ou d’application linéaire sur des espaces vectoriels réels de dimension finie, valeurs propres, diagonalisabilité, produit scalaire
Sujet d’annales
ENS 2010 exercice III et ENSAI 2007 problème 2
HEC 2006

Ces deux semaines portent sur tout le programme d’analyse des deux années. Il n’y a pas de démonstration de cours, mais on peut faire commencer la colle par une question de cours portant sur les formules et définitions essentielles, l’une des fonctions de référence avec domaine, dérivée, limites, représentation graphique, ou encore un développement limité de référence, l’une des séries ou intégrales de référence, ou encore l’un des nombreux résultats d’analyse (critère de convergence de suite, fonction, série ou intégrale, théorème d’analyse globale).

Définitions essentielles
Dérivée, équation de la tangente, asymptotes, forme quadratique associée à une fonction de deux variables en un point critique
Fonctions de référence
Fonctions affines, valeur absolue, carré, cube, inverse, racine carrée, racine cubique, exponentielle, logarithme, sinus, cosinus, tangente, arc tangente
Formules essentielles
Terme général de suites arithmétiques ou géométriques, sommes de référence (géométrique et dérivées, exponentielle)
Critères de convergence et théorèmes de comparaison pour les suites, fonctions, séries ou intégrales, théorème d’analyse globale
Développement limités de référence : exponentielle, inverse, premiers termes pour le logarithme ou la puissance
Nature d’un point critique pour une fonction de deux variables
Programme de colles
Analyse de fonction d’une ou deux variables réelles avec éventuellement développement limité et détermination de l’intégrabilité voire calcul d’intégrale
Analyse de suite ou de série numérique sans utilisation d’équivalent
Sujet d’annales
Écricome 2006
Écricome 2011
Devoir
Devoir surveillé no 2 : page 1 et page 2

Cette semaine achève la progression dans le programme de mathématiques de khâgne. Les semaines suivantes porteront sur le programme des deux années de B/L, sur les trois grandes parties du programme : algèbre, analyse, probabilités.

Travail personnel
Problème 1 sur les fonctions de deux variables
Démonstration de cours en début de colle
Inégalité de Markov
Inégalité de Bienaimé–Tchebychev
Loi faible des grands nombres
Programme de colles
Exercices sur les fonctions de deux variables : calcul des dérivées partielles, détermination des points critiques, calcul des dérivées secondes et du discriminant pour les points critiques isolés pour détermination de la nature des points critique. Les points critiques de déterminant nul peuvent être traités avec aide (notamment en cas d’accumulation le long de courbes).
Exercices sur le produit scalaire dans Rn : orthogonalité de vecteurs, normalisation (le procédé de Gram–Schmidt est hors programme), détermination de l’orthogonal d’un sous-espace vectoriel.
Exercices sur les familles de variables aléatoires (discrètes ou à densité) : loi du maximum, somme de variables discrètes ou d’une discrète avec une variable à densité indépendante (avec formule des probabilités totales), calcul de covariance et de coefficient de corrélation, avec éventuellement inégalités en probabilités. La loi conjointe pour des variables à densité est hors programme.
Sujet d’annales
HEC 2017

Travail personnel
Exercice 1 sur les inégalités en probabilités
Problème 5 sur le produit scalaire
Démonstration de cours en début de colle
Inégalité de Cauchy–Schwarz
Famille orthogonale de vecteurs non nuls
Coordonnées dans une base orthonormée
Inégalité de Markov
Inégalité de Bienaimé–Tchebychev
Loi faible des grands nombres
Programme de colles
Exercices sur le produit scalaire dans Rn : orthogonalité de vecteurs, normalisation (le procédé de Gram–Schmidt est hors programme), détermination de l’orthogonal d’un sous-espace vectoriel. La projection orthogonale sur un sous-espace a été définie mais pas encore travaillée.
Exercices sur les familles de variables aléatoires (discrètes ou à densité) : loi du maximum, somme de variables discrètes ou d’une discrète avec une variable à densité indépendante (avec formule des probabilités totales), calcul de covariance et de coefficient de corrélation, avec éventuellement inégalités en probabilités. La loi conjointe pour des variables à densité est hors programme.
Cours
Fonctions de deux variables
TD
Exercices sur les fonctions de deux variables

Travail personnel
Problème 4 sur le produit scalaire
Démonstration de cours en début de colle
Variance de la somme de deux variables aléatoires
Encadrement de la covariance
Espérance du produit et variance de la somme pour une famille de variables aléatoires mutuellement indépendantes
Inégalité de Cauchy–Schwarz
Famille orthogonale de vecteurs non nuls
Coordonnées dans une base orthonormée
Programme de colles
Exercices sur le produit scalaire dans Rn : orthogonalité de vecteurs, normalisation (le procédé de Gram–Schmidt est hors programme), détermination de l’orthogonal d’un sous-espace vectoriel. La projection orthogonale sur un sous-espace a été définie mais pas encore travaillée.
Exercices sur les familles de variables aléatoires (discrètes ou à densité) : loi du maximum, somme de variables discrètes ou d’une discrète avec une variable à densité indépendante (avec formule des probabilités totales), calcul de covariance et de coefficient de corrélation. La loi conjointe pour des variables à densité est hors programme. Les inégalités en probabilité (Markov et Bienaymé-Tchebychev) n’ont pas encore été vues.
Cours
Inégalités en probabilités
TD
Exercices sur le produit scalaire
Exercices sur les variables aléatoires discrètes ou à densité

Travail personnel
Exercices 14 et 15 sur les variables aléatoires à densité
Démonstration de cours en début de colle
Existence des moments d’ordre inférieur pour une variable aléatoire
Caractérisation de la diagonalisabilité d’un endomorphisme
Diagonalisabilité de la matrice transposée
Variance de la somme de deux variables aléatoires
Encadrement de la covariance
Espérance du produit et variance de la somme pour une famille de variables aléatoires mutuellement indépendantes
Programme de colles
Exercices sur les familles de variables aléatoires (discrètes ou à densité) : loi du maximum, somme de variables discrètes ou d’une discrète avec une variable à densité indépendante (avec formule des probabilités totales), calcul de covariance et de coefficient de corrélation. La loi conjointe pour des variables à densité est hors programme. Les inégalités en probabilité (Markov et Bienaymé-Tchebychev) n’ont pas encore été vues.
Exercices sur la diagonalisation de matrice ou d’endomorphisme en dimension finie : le déterminant n’est au programme que pour les matrices de taille 2 et la diagonalisabilité des matrices symétriques n’est pas au programme.
Cours
Produit scalaire : sous-espace orthogonal
TD
Exercices sur le produit scalaire

Travail personnel
Problèmes 3 et 4 de diagonalisation matricielle
Démonstration de cours en début de colle
Caractère sans mémoire pour la loi exponentielle
Espérance des variables exponentielles
Espérance et variance pour les variables uniformes à densité
Existence des moments d’ordre inférieur pour une variable aléatoire
Caractérisation de la diagonalisabilité d’un endomorphisme
Diagonalisabilité de la matrice transposée
Programme de colles
Exercices sur les variables à densité pour l’instant sans parler de famille de variables aléatoires (donc pas de covariance ou de loi du maximum par exemple). Les inégalités en probabilité (Markov et Bienaymé-Tchebychev) n’ont pas encore été vues. Le théorème de transfert est cependant utilisable et on peut faire déterminer la loi d’une variable obtenue par transformation d’une autre grâce au calcul de la fonction de répartition.
Exercices sur la diagonalisation de matrice ou d’endomorphisme en dimension finie : le déterminant n’est au programme que pour les matrices de taille 2 et la diagonalisabilité des matrices symétriques n’est pas au programme.
Cours
Produit scalaire : définition, norme, orthogonalité de vecteurs
TD
Exercices sur les familles de variables aléatoires réelles à densité

Travail personnel
Au moins deux fonctions de l’exercice 10 sur les variables à densité
Démonstration de cours en début de colle
Valeurs propres et dimensions des espaces propres de la matrice transposée
Famille de vecteurs propres associés à des valeurs propres deux à deux distinctes
Valeurs propres et racines d’un polynôme annulateur (pour une matrice ou un endomorphisme au choix de l’élève)
Caractère sans mémoire pour la loi exponentielle
Espérance des variables exponentielles
Espérance et variance pour les variables uniformes à densité
Programme de colles
Exercices sur l’analyse spectrale : recherche de valeurs propres voire de vecteurs propres pour une matrice ou un endomorphisme en dimension finie. La diagonalisation fera l’objet d’un chapitre ultérieur.
Exercices sur les variables à densité pour l’instant sans parler de famille de variables aléatoires (donc pas de covariance ou de loi du maximum par exemple). Les inégalités en probabilité (Markov et Bienaymé-Tchebychev) n’ont pas encore été vues. Le théorème de transfert est cependant utilisable et on peut faire déterminer la loi d’une variable obtenue par transformation d’une autre grâce au calcul de la fonction de répartition.
Questions de cours supplémentaires
Variance de la loi exponentielle, loi normale avec espérance et variance.
Cours
Diagonalisation
Famille de variables aléatoires (sur le créneau de cours supplémentaire vendredi 4/12)
TD
Exercices sur la diagonalisation

Travail personnel
Exercices 8 et 12 sur l’analyse spectrale
Démonstration de cours en début de colle
Intégrale des fonctions exponentielles sur R+
Critère de Riemann pour les intégrales de fonctions puissances
Intégrale de Gauss et démonstration de la convergence (valeur à savoir mais sans démonstration)
Valeurs propres et dimensions des espaces propres de la matrice transposée
Famille de vecteurs propres associés à des valeurs propres deux à deux distinctes
Valeurs propres et racines d’un polynôme annulateur (pour une matrice ou un endomorphisme au choix de l’élève)
Programme de colles
Exercices sur l’intégrale généralisée de fonctions positives (ou au moins de signe constant). Les équivalents sont officiellement hors programme, mais peuvent être utilisés par les étudiants qui le souhaitent. La convergence absolue n’est présentée que comme complément hors programme.
Exercices sur l’analyse spectrale : recherche de valeurs propres voire de vecteurs propres pour une matrice ou un endomorphisme en dimension finie. La diagonalisation fera l’objet d’un chapitre ultérieur.
Cours
Variables aléatoires à densité
TD
Exercices sur les variables aléatoires à densité

Travail personnel
Exercices 9 et 10 sur les intégrales généralisées
Démonstration de cours en début de colle
Sous-espaces associés à une projection
Sous-espaces associés à une symétrie
Relation entre projecteur et symétrie
Intégrale des fonctions exponentielles sur R+
Critère de Riemann pour les intégrales de fonctions puissances
Intégrale de Gauss et démonstration de la convergence (valeur à savoir mais sans démonstration)
Programme de colles
Exercices sur la décomposition d’un espace vectoriel avec projecteur et symétrie
Exercices sur l’intégrale généralisée de fonctions positives (ou au moins de signe constant). Les équivalents sont officiellement hors programme, mais peuvent être utilisés par les étudiants qui le souhaitent. La convergence absolue n’est présentée que comme complément hors programme.
Questions de cours supplémentaires
Relation de Chasles, théorème de comparaison, théorème de négligeabilité
Cours
Analyse spectrale
TD
Exercices sur l’analyse spectrale

Les deux semaines de cours de la rentrée de novembre sont banalisées pour l’organisation du 1er concours blanc de la classe. Le programme de colles reprendra son cours normal à partir du 16 novembre. Cependant, certains élèves souhaitent profiter d’une colle supplémentaire, d’où la mise en place de deux créneaux le 12 novembre, sur un programme personnalisé envoyé aux colleurs.

Travail personnel
Devoir non surveillé 3
Épreuve
Concours blanc no 1

Travail personnel
Exercices 20 et 22 sur les projecteurs et symétries
Démonstration de cours en début de colle
Structure de sous-espace vectoriel sur la somme de sous-espaces
Caractérisation de la somme directe de deux sous-espaces
Critères des sous-espaces supplémentaires dans un espace vectoriel de dimension finie
Sous-espaces associés à une projection
Sous-espaces associés à une symétrie
Relation entre projecteur et symétrie
Programme de colles
Exercices sur la décomposition d’un espace vectoriel avec projecteur et symétrie
Questions de cours supplémentaires
Caractérisation des projecteurs et symétries
Cours
Intégrale généralisée
TD
Exercices sur l’intégrale généralisée

Travail personnel
Exercices 3 et 4 sur la décomposition des espaces vectoriels
Démonstration de cours en début de colle
Développement limité de la fonction x1/(1 − x) à tout ordre en 0
Formule de Taylor-Young
Développement limité de l’exponenentielle à tout ordre en 0
Structure de sous-espace vectoriel sur la somme de sous-espaces
Caractérisation de la somme directe de deux sous-espaces
Critères des sous-espaces supplémentaires dans un espace vectoriel de dimension finie
Programme de colles
Exercices de développement limité notamment pour déterminer une asymptote oblique, mais aussi une limite de suite ou de série, un prolongement par continuité… La notion d’équivalent est hors programme
Exercices sur la décomposition d’un espace vectoriel (la définition des projecteurs et symétries n’a pas encore été abordée en classe)
Cours
Décomposition d’un espace vectoriel : projecteurs et symétries
TD
Exercices sur la décomposition d’espace vectoriel
Devoir
Devoir surveillé no 1

Travail personnel
Exercices 9, 13 et 16 sur le développement limité
Devoir non surveillé no 2
Démonstration de cours en début de colle
Caractérisation du changement de signe pour un polynôme
Caractérisation d’un isomorphisme par sa matrice représentative
Trace de matrices semblables
Développement limité de la fonction x1/(1 − x) à tout ordre en 0
Formule de Taylor-Young
Développement limité de l’exponenentielle à tout ordre en 0
Programme de colles
Exercices de représentation matricielle pour calcul du rang ou détermination d’un isomorphisme réciproque
Exercices de développement limité notamment pour déterminer une asymptote oblique, mais aussi une limite de suite ou de série, un prolongement par continuité… La notion d’équivalent est hors programme
Cours
Développement limité : analyse locale
Décomposition d’un espace vectoriel et distribution de la fiche d’exercice associée
TD
Exercices sur la décomposition d’espace vectoriel

Travail personnel
Exercice de détermination d’asymptotes pour lundi
Démonstration de cours en début de colle
Limites des fonctions polynômes à l’infini
Reste de la division par xλ et caractérisation d’une racine
Factorisation à l’aide d’une liste de racines
Caractérisation du changement de signe pour un polynôme
Caractérisation d’un isomorphisme par sa matrice représentative
Trace de matrices semblables
Programme de colles
Étude de fonctions polynômes avec utilisation des racines évidentes ou racines multiples, détermination de polynômes satisfaisant une équation ou par interpolation de certaines valeurs, calcul des coefficients d’une décomposition en éléments simples (donnée par l’examinateur après une recherche de factorisation du dénominateur par l’élève par exemple).
Exercices de représentation matricielle pour calcul du rang ou détermination d’un isomorphisme réciproque
Étude de fonction avec détermination d’asymptotes obliques (le développement limité n’a pas encore été abordé)
Cours
Développement limité sauf analyse locale
Distribution de la fiche mémo sur les polynômes et l’étude locale de fonction
Distribution de la fiche d'exercices sur les développement limité
TD
Exercices sur le développement limité

Travail personnel
Problème 5 sur les fonctions polynômes pour lundi.
Démonstration de cours en début de colle
Limites des fonctions polynômes à l’infini
Caractérisation d’une racine
Factorisation à l’aide d’une liste de racines
Programme de colles
Étude de fonctions polynômes avec utilisation des racines évidentes ou racines multiples (les racines complexes ne sont pas tout à fait au programme, mais on peut guider certains élèves plus à l’aise vers de tels problèmes), détermination de polynômes satisfaisant une équation ou par interpolation de certaines valeurs, calcul des coefficients d’une décomposition en éléments simples (donnée par l’examinateur après une recherche de factorisation du dénominateur par l’élève par exemple).
Questions de cours supplémentaires
Famille échelonnée en degré, polynômes multiples et diviseurs, racine et racine multiple, propagation d’une racine multiple au polynôme dérivé
Cours
Étude locale d’un polynôme
Représentation matricielle
TD
Exercices sur les réels

Travail personnel
Problème 1 sur les fonctions polynômes pour lundi. On pourra s’aider de la division euclidienne de x4 − 4x3 + 3x2 + 4x − 4 par x2 − 1.
Cours
Fonctions polynômes : degré, limites à l’infini, famille échelonnée, racine et racine multiple, étude locale.
Distribution de la fiche mémo sur l’étude locale
TD
Exercices sur les fonctions polynômes

Mardi, la journée est banalisée pour l'accueil des élèves.

TD
Distribution de la fiche d’exercices sur les fonctions polynômes
Méthodes de calcul sur les fonctions polynômes, en particulier la division euclidienne et l’utilisation du degré pour limiter le nombre d’inconnues, et premier calcul de reste dans la division d’un polynôme générique
Devoir
Devoir non surveillé de transition
Sujet supplémentaire
Page 3 du sujet ESSEC 2010 (parties I, II et III sur l’étude d’un endomorphisme sur espaces de polynômes)

Avant la rentrée

Il est encore possible de consulter les cahiers de textes de mathématiques HKBL et KHBL de l’année scolaire 2019–2020.