Aller au contenu

Centrale Maths 2 TSI 2015

Corrigé de l’épreuve

Accès immédiat aux corrigés

Débloque tous les corrigés des écrits et oraux et optimise ta préparation aux concours.

Débloquer l’accès 🔓

Déjà inscrit ? Connecte-toi ici

Énoncé de l’épreuve

Énoncé Centrale 2015 – TSI – Maths 2

Téléchargez et consultez gratuitement le sujet de l’épreuve Maths 2 du concours Centrale 2015 pour la filière TSI.

Pages de l’énoncé

Ce sujet de Mathématiques du concours Centrale TSI 2015 correspond aux épreuves disponibles sur le site officiel du concours Centrale. Retrouve sur Prépa Booster toutes les ressources nécessaires pour ta préparation, y compris les corrigés détaillés.

Recommandés

Les sujets de des autres années du concours :

Chargement des sujets recommandés...

Les autres sujets session .

Aucun sujet similaire trouvé.

Questions du sujet

1. I.A – Donner une condition nécessaire et suffisante sur $(a, b) \in \mathbb{R}^2$ pour que la matrice $\begin{pmatrix} a & -b \\ b & a \end{pmatrix}$ appartienne à $\mathcal{E}_2$.

2. I.B – Si $M \in \mathcal{E}_n$, que dire de ses valeurs propres réelles ? Calculer le spectre de $A = \frac{1}{3} \begin{pmatrix} 1 & -1 & 2 \\ -1 & 2 & 1 \\ 2 & 2 & -2 \end{pmatrix}$ et en déduire que $A$ n’appartient pas à $\mathcal{E}_3$.

3. I.C – Montrer que $\mathcal{E}_n$ est convexe.

4. I.D – Soit $M \in \mathcal{M}_n$. On note $C_1, C_2, \ldots, C_n$ ses vecteurs colonnes. Montrer que $N(M)^2 = \sum_{u=1}^n \|C_u\|^2$. En déduire une expression de $N(M)$ à l’aide des coefficients de $M$.

5. I.E – Montrer alors que $\mathcal{E}_n$ contient la boule unité fermée de $\mathcal{M}_n$. On pourra utiliser l’inégalité de Cauchy-Schwarz.}

6. I.F – Montrer que $\mathcal{E}_n$ est contenu dans la boule fermée de centre 0 et de rayon $\sqrt{n}$. Montrer de plus que cette inclusion est stricte dans le cas $n=3$.

7. I.G – Soit $A \in \mathcal{M}_n$ symétrique (vérifiant $A^T = A$). Montrer que $A \in \mathcal{E}_n$ si et seulement si toutes ses valeurs propres sont dans $[-1, 1]$.

8. I.H – Soit $B \in \mathcal{M}_n$ et $A = B^T B$. Montrer que $B \in \mathcal{E}_n$ si et seulement si toutes les valeurs propres de $A$ sont dans $[0, 1]$.

9. II.A.1) Sachant qu’une application $\sigma$ de $S_3$ est déterminée par la donnée du triplet $(\sigma(1), \sigma(2), \sigma(3))$, expliciter les 6 applications de $S_3$.

10. II.A.2) Justifier que $L = \begin{pmatrix} 0 & 0 & 1 \\ 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \end{pmatrix}$ est diagonalisable dans $\mathcal{M}_3(\mathbb{C})$ et préciser ses valeurs propres complexes.}

11. II.A.3) Justifier que $L \in \mathrm{SO}(3)$. En déduire l’existence de $M \in \mathrm{SO}(3)$ telle que $M^3 = L$. Combien existe-t-il de matrices $M \in \mathcal{M}_3(\mathbb{C})$ telles que $M^3 = L$ ?

12. II.A.4) Soit $K = \begin{pmatrix} 0 & 1 & 0 \\ 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}$. Le segment $[K, L]$ est-il contenu dans $O(3)$ ? Les ensembles $\{K^rL^{h} : r \in \{0, 1\}, h \in \{0, 1, 2\}\}$ et $\{M_\sigma : \sigma \in S_3\}$ sont-ils égaux ?

13. II.A.5) Déterminer la dimension du sous-espace vectoriel (réel) de $\mathcal{M}_3$ engendré par l’ensemble $\{M_\sigma : \sigma \in S_3\}$.

14. II.B.1) On note $(e_1, e_2, \ldots, e_n)$ la base canonique de $\mathbb{R}^n$. Pour tout $\sigma \in S_n$, on note $M_\sigma$ l’unique matrice de $\mathcal{M}_n$ telle que pour tout $j \in \llbracket 1, n \rrbracket$, $M_\sigma e_j = e_{\sigma(j)}$. Préciser les coefficients de $M_\sigma$ et justifier que $M_\sigma \in O(n)$.

15. II.C – Une matrice de la forme $M_\sigma$ est dite matrice de permutation et on note $\mathcal{P}_n$ l’ensemble des matrices de permutations de $\mathcal{M}_n(\mathbb{R})$. Montrer que l’application $\varphi : \sigma \mapsto M_\sigma$ du groupe $(S_n, \circ)$ dans le groupe multiplicatif $O(n)$ est injective et que, pour tout $\sigma$ et $\sigma’$ de $S_n$, $\varphi(\sigma \circ \sigma’) = \varphi(\sigma) \circ \varphi(\sigma’)$. On en déduit que $\mathcal{P}_n$ est un sous-groupe de $O(n)$, fini de cardinal $n!$.}

16. II.C.1) Pour tout $\sigma \in S_n$, montrer que $\{(M_\sigma)^k : k \in \mathbb{N}^*\}$ est fini. En déduire l’existence de $p \in \mathbb{N}^*$ tel que $(M_\sigma)^p = I_n$.

17. III.A – Montrer que les matrices de permutations sont magiques, c’est-à-dire que $\mathcal{P}_n \subset \Pi_n$.

18. III.B – Montrer que les sous espaces $D$ et $H$ sont supplémentaires dans $\mathbb{R}^n = \mathcal{M}_{n,1}(\mathbb{R})$.

19. III.C.1) Montrer que $M$ est magique si et seulement s’il existe un réel $\lambda$ tel que $MJ = JM = \lambda J$ .

20. III.C.2) Montrer que $M$ est magique si et seulement si $M$ laisse stable $D$ et $H$.}

21. III.C.3) Montrer que $\Pi_n$ est un sous-espace vectoriel de $\mathcal{M}_n$ stable pour le produit matriciel.

22. III.C.4) Montrer que $s : M \in \Pi_n \mapsto s(M) \in \mathbb{R}$ est une application linéaire, vérifiant $s(MM’) = s(M) s(M’)$ pour tous $M, M’ \in \Pi_n$.

23. III.C.5) Soit $M$ magique et inversible. Montrer que $M^{-1}$ est magique et calculer $s(M^{-1})$.

24. III.D – Déterminer $\dim(\Pi_n)$.

25. III.E – Montrer que pour tout $k \in \mathbb{N}$, on a $J^k \in \Pi_n$ et que $Z = \text{vect}(I_n, J)$ est stable pour le produit matriciel.}

26. III.F – Déterminer le centre de $\Pi_n$ c’est-à-dire : $\{M \in \Pi_n : \forall A \in \Pi_n, AM = MA\}$. On pourra utiliser les matrices de permutation élémentaire $P_{i,j}$ avec $i