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Programme de mathématiques BCPST, première année · semestre 1

Outils 5 – Méthodes de calcul

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146 exercices
Texte officiel du programme

L’objectif de ce chapitre est de mettre en place quelques principes et exemples de maniement des symboles $\Sigma$ et $\Pi$, dont les usages sont constants. La présentation des coefficients binomiaux peut être faite dans ce contexte ou bien en lien avec le dénombrement.

On travaille dans $\mathbb{K} = \mathbb{R}$ ou $\mathbb{C}$.

⇌ La plupart des formules présentées ici peuvent donner lieu à des algorithmes de calcul.

ContenusCapacités et commentaires
Notation $\sum$.
On précise qu’une somme ayant un ensemble d’indices vide est nulle.
Règles de calcul sur le symbole $\sum$ :
Linéarité, changements d’indices (translations et symétries), télescopages.
Sommes doubles : $\displaystyle\sum_{\substack{1 \leq i \leq n \\ 1 \leq j \leq m}} a_{i,j}$ et $\displaystyle\sum_{1 \leq i \leq j \leq n} a_{i,j}$.
Les attendus du programme se limitent au maniement de ces symboles conduisant à les mettre sous la forme de deux sommes simples successives.
Notation $\prod$.
On précise qu’un produit ayant un ensemble d’indices vide vaut 1.
Règles de calcul sur le symbole $\prod$.
On se contente de mettre en valeur la multiplicativité du symbole $\prod$.
Factorielle, notation $n!$.
Somme de termes consécutifs d’une progression géométrique : $\displaystyle\sum_{0 \leq k \leq n} q^k = \frac{q^{n+1} - 1}{q - 1}$.
Sommes des $n$ premiers entiers et des $n$ premiers carrés.
La raison $q$ est dans $\mathbb{C} \setminus \{1\}$.
Coefficients binomiaux.
On adopte la définition suivante :
$\displaystyle\binom{n}{k} = \begin{cases} 0 & \text{si } k < 0 \text{ ou } k > n \\ \dfrac{n(n-1)\cdots(n-k+1)}{k!} = \dfrac{n!}{k!(n-k)!} & \text{sinon.} \end{cases}$
Triangle de Pascal.
Formule du binôme.
On met en valeur les formules :
$\displaystyle\binom{n}{k} = \binom{n}{n-k} \qquad \binom{n}{k} = \frac{n}{k}\binom{n-1}{k-1}$
$\displaystyle\binom{n}{k-1} + \binom{n}{k} = \binom{n+1}{k}$
L1 Algèbre Dénombrement solution

exo7 5158

Soit \(n\in\Nn^*\).

L1 Analyse Continuité, limite et étude de fonctions réelles solution

exo7 5161

Montrer que \(\forall n\in\Nn,\;(n\geq3\Rightarrow\sqrt{n}<\sqrt[n]{n!})\).

(commencer par vérifier que ...

L1 Analyse Propriétés de R solution

exo7 5215

Montrer que pour tout entier naturel non nul \(n\), ...

L1 Analyse Série numérique solution

exo7 5223

Soit \((u_n)_{n\in\Nn}\) une suite arithmétique ne s’annulant pas. Montrer que pour tout entier naturel ...

L1 Analyse Série numérique solution

exo7 5224

Calculer \(\lim_{n\rightarrow +\infty}\sum_{k=1}^{n}\frac{1}{1^2+2^2+...+k^2}\).

L1 Algèbre Dénombrement solution

exo7 5280

Combinaisons avec répétitions. Montrer que le nombre de solutions en nombres entiers \(x_i\geq0\) de l’équation ...

L1 Algèbre Dénombrement solution

exo7 5285

De combien de façons peut-on payer \(100\) euros avec des pièces de \(10\), ...

L1 Algèbre Dénombrement solution

exo7 5289

On donne \(n\) droites du plan. On suppose qu’il n’en existe pas deux qui soient parallèles, ni trois qui soient c ...

L2 Algèbre Arithmétique solution

exo7 5305

Résoudre dans \((\Nn^*)^2\) l’équation d’inconnue \((x,y)\) :  ...

L2 Algèbre Arithmétique solution

exo7 5306

Montrer que \(n=4...48...89\) (\(p\) chiffres ...

L2 Algèbre Arithmétique solution

exo7 5308

Soit \(u_n=10...01_2\).(\(n\) chiffres égaux à ...

L1 Analyse Suite solution

exo7 563

Posons \(u_2=1-\frac{1}{2^2}\) et pour tout entier \(n\geq 3\), ...

L1 Analyse Série numérique solution

exo7 5691

Calculer les sommes des séries suivantes après avoir vérifié leur convergence.

...
L1 Analyse Série numérique solution

exo7 5698

Soit \((u_n)_{n\in\Nn}\) une suite de réels positifs. Trouver la nature de la série de terme général ...

L1 Analyse Série numérique solution

exo7 5703

Convergence et somme éventuelle de la série de terme général

1) (**) ...

L1 Analyse Série numérique solution

exo7 5707

Développement limité à l’ordre \(4\) de \(\sum_{k=n+1}^{+\infty}\frac{1}{k^2}\) q ...

L1 Analyse Série numérique solution

exo7 5709

Soit \(p\in\Nn^*\), calculer ...

L2 Analyse Suite et série de fonctions solution

exo7 5728

Soit \(f\) une application continue sur \([0,1]\) à valeurs dans ...

L2 Analyse Suite et série de fonctions solution

exo7 5866

Soit \(A=\left( \begin{array}{cc} 4/3&-5/6\\ 5/3&-7/6 \end{array} \right)\). Convergence et somme de la sé ...

L1 Analyse Continuité, limite et étude de fonctions réelles

exo7 619

Pour tout \(n\) entier naturel et tout couple de réels \((x,y)\), établir la form ...

L1 Analyse Fonctions circulaires et hyperboliques inverses solution

exo7 6973

Montrer que pour tout \(x>0\), on a ...

L1 Analyse Fonctions circulaires et hyperboliques inverses solution

exo7 6976

Soit \(x\) un réel fixé. Pour \(n\in\Nn^*\), on pose ...

L1 Analyse Dérivabilité des fonctions réelles

exo7 719

Étant donné \(y\) un réel positif et \(n\) un entier naturel pair, montrer que ...

L1 Analyse Dérivabilité des fonctions réelles solution

exo7 725

Par application du théorème des accroissements finis à \(f(x) = \ln x\) sur ...

L2 Géométrie Géométrie affine dans le plan et dans l'espace

exo7 7441

Soit \(x_i\) \(n\) nombres réels. Montrer que ...

L1 Analyse Fonctions circulaires et hyperboliques inverses

exo7 754

Étudier la suite \((u_{n})_{n\in \Nn}\) définie par : ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales

exo7 841

Calculer : ...

L1 Algèbre Dénombrement

Factorielles

Les questions suivantes sont indépendantes :

L1 Analyse Propriétés de R solution

Formule de Koenig-Huygens

Soient \(x_1, \ldots, x_n\) des réels. On note ...

L1 Algèbre Dénombrement solution

Formule du binôme

Calculer ...

L2 Analyse de données Réseaux de neurones solution

Interprétation de filtres classiques

On donne les quatre noyaux suivants : ...

L1 Analyse Propriétés de R solution

Inégalité de Cauchy-Schwarz

Soit \(n\) un entier naturel non nul. Soient ...

L1 Analyse Propriétés de R solution

Premiers calculs

Soient \(x\) un réel, et \(0\leq p\leq n\) des entiers. Déterminer ...

L1 Analyse Propriétés de R solution

Produits et factorielles

Soit \(n\) un entier naturel non nul. Exprimer les produits suivants à l’aide de factorielles : ...

L1 Analyse Propriétés de R solution

Produits et factorielles

Soit \(n\) un entier naturel non nul. Exprimer les produits suivants à l’aide de factorielles : ...

L1 Analyse Propriétés de R solution

Retour de l'inégalité de Bernoulli

Montrer, sans récurrence, l’inégalité de Bernoulli dans le cas où \(q\ge 0\) : ...

L1 Algèbre Logique, ensemble, raisonnement solution

Récurrences

Démontrer par récurrence les résultats suivants :

L3 Analyse de données Réseaux de neurones solution

Rétropropagation et problème du neurone mort

On étudie, sur un exemple simple, le calcul de la propagation avant et de la rétropropagation du gradient dans un réseau de neurones de régression. ...

L1 Analyse Propriétés de R solution

Réécriture

Réécrire les sommes suivantes à l’aide du symbole \(\sum\) :

L1 Analyse Série numérique solution

Série télescopique

Soit \(n\) un entier naturel tel que \(n\geq 2\).

L1 Analyse Série numérique solution

Série télescopique et décomposition en éléments simples

On considère la série \[\sum_{n\geq 1}\frac{1}{(2n-1)(2n+1)}.\]

L1 Analyse Propriétés de R solution

Un autre produit

Exprimer le produit suivant à l’aide de factorielles : \[\prod_{k=1}^n \left(\frac12 -k\right)\]

L1 Analyse Propriétés de R solution

Un autre produit

Exprimer le produit suivant à l’aide de factorielles : \[\prod_{k=1}^n \left(\frac12 -k\right)\]

L2 Analyse de données Apprentissage automatique solution

Une mesure aberrante et le choix de la perte

On relève les cinq couples \[(x_i,y_i)=(0,0),(1,1),(2,2),(3,3),(4,12).\] On hésite entre les deux modèles ...

L1 Algèbre Dénombrement solution

Une somme combinatoire

Soient \(n\) et \(p\) deux entiers naturels tels que ...

L1 Algèbre Dénombrement solution

Une somme combinatoire

Soient \(n\) et \(p\) deux entiers naturels tels que ...