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Centrale-Supélec · PSI · session 2025

Mathématiques 2

corrigé question par question

  • Mathématiques
  • 44 questions
  • Sujet entier, Q1 à Q44

Aperçu : Q1

Partie A : deux approches pour une valeur à 1+2+⋯+n+⋯1+2+\cdots+n+\cdots

Notations et définitions.

Pour tout x∈Rx \in \mathbb{R}, ⌊x⌋\lfloor x \rfloor désigne la partie entière de xx.

C'est le seul entier qui vérifie x−1<⌊x⌋≤xx - 1 < \lfloor x \rfloor \le x.

Une fonction φ\varphi définie sur R+\mathbb{R}^+ est dite à support compact dans R+\mathbb{R}^+ s'il existe K∈R+K \in \mathbb{R}_+ tel que, pour tout t≥Kt \ge K, φ(t)=0\varphi(t) = 0.

I. Une première approche

Notations et définitions.

On note ff la fonction de la variable réelle xx donnée par

f(x)=∑n=0+∞e−nx.f(x) = \sum_{n=0}^{+\infty}\mathrm{e}^{-nx}.

Q1.

Déterminons l'ensemble de définition DfD_f de ff, puis calculons f(x)f(x) pour tout x∈Dfx \in D_f.

Soit x∈Rx \in \mathbb{R}.

La série ∑e−nx=∑(e−x)n\sum \mathrm{e}^{-nx} = \sum (\mathrm{e}^{-x})^n est la série géométrique de raison q=e−xq = \mathrm{e}^{-x}.

Elle converge si et seulement si ∣q∣<1|q| < 1 (critère des séries géométriques).

Comme e−x>0\mathrm{e}^{-x} > 0, cette condition s'écrit e−x<1\mathrm{e}^{-x} < 1, c'est-à-dire x>0x > 0.

Pour x≤0x \le 0, on a ∣q∣≥1|q| \ge 1 et la série diverge.

Donc Df=]0,+∞[D_f = \left]0, +\infty\right[ et, pour tout x>0x > 0 (somme d'une série géométrique),

f(x)=∑n=0+∞(e−x)n=11−e−x.f(x) = \sum_{n=0}^{+\infty} (\mathrm{e}^{-x})^n = \frac{1}{1 - \mathrm{e}^{-x}}.

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