Édition de feuilles d'exercices

[concours/ex4433] escp S 2006

On définit les fonctions \(\mathop{\mathchoice{\hbox{ch}}{\hbox{ch}}{\mathrm{ch}}{\mathrm{ch}}}\nolimits\) et \(\mathop{\mathchoice{\hbox{sh}}{\hbox{sh}}{\mathrm{sh}}{\mathrm{sh}}}\nolimits\) sur \(\mathbf{R}\), par : \(\mathop{\mathchoice{\hbox{ch}}{\hbox{ch}}{\mathrm{ch}}{\mathrm{ch}}}\nolimits t =\displaystyle{e^t+e^{-t}\over2}\) et \(\mathop{\mathchoice{\hbox{sh}}{\hbox{sh}}{\mathrm{sh}}{\mathrm{sh}}}\nolimits t =\displaystyle{e^t-e^{-t}\over2}\).

On pose pour \(t \in \mathbf{R}\), \(M_t=\left(\begin{array}{cc}\mathop{\mathchoice{\hbox{ch}}{\hbox{ch}}{\mathrm{ch}}{\mathrm{ch}}}\nolimits t& \mathop{\mathchoice{\hbox{sh}}{\hbox{sh}}{\mathrm{sh}}{\mathrm{sh}}}\nolimits t\\ \mathop{\mathchoice{\hbox{sh}}{\hbox{sh}}{\mathrm{sh}}{\mathrm{sh}}}\nolimits t&\mathop{\mathchoice{\hbox{ch}}{\hbox{ch}}{\mathrm{ch}}{\mathrm{ch}}}\nolimits t\end{array}\right)\).

1. Étudier les variations des fonctions \(\mathop{\mathchoice{\hbox{ch}}{\hbox{ch}}{\mathrm{ch}}{\mathrm{ch}}}\nolimits\) et \(\mathop{\mathchoice{\hbox{sh}}{\hbox{sh}}{\mathrm{sh}}{\mathrm{sh}}}\nolimits\) et tracer leur graphe dans un repère orthonormé du plan. Calculer, pour \(t\in \mathbf{R}\), \(\mathop{\mathchoice{\hbox{ch}}{\hbox{ch}}{\mathrm{ch}}{\mathrm{ch}}}\nolimits^2t - \mathop{\mathchoice{\hbox{sh}}{\hbox{sh}}{\mathrm{sh}}{\mathrm{sh}}}\nolimits^2 t\).

   En déduire que si \(a\), \(b\) sont deux réels vérifiant \(a^2-b^2=1\), il existe \(t \in \mathbf{R}\) et \(\varepsilon\in\{-1,1\}\) tels que \(a=\varepsilon\mathop{\mathchoice{\hbox{ch}}{\hbox{ch}}{\mathrm{ch}}{\mathrm{ch}}}\nolimits t\) et \(b=\varepsilon\mathop{\mathchoice{\hbox{sh}}{\hbox{sh}}{\mathrm{sh}}{\mathrm{sh}}}\nolimits t\).

2. Montrer que la matrice \(M_t\) est diagonalisable et que l’on peut choisir une base de vecteurs propres de \(M_t\) indépendants de \(t\).

3. Montrer que l’application \(\theta : \mathbf{R} \rightarrow {\cal M}_2(\mathbf{R})\) définie par \(\theta(t)= M_t\) est injective et vérifie pour tout \((t,t')\in \mathbf{R}^2\), \(\theta (t+t')=\theta (t) \theta (t')\).

4. On pose \(E=\mathbf{R}^2\), \(J=\left(\begin{array}{cc}1&0\\ 0&-1\end{array}\right)\) et \(q(x,y)=x^2-y^2\). On cherche les éléments \(f \in {\cal L}(E)\) tels que \(q \mathbin{\circ} f=q\).

   Montrer que \(f\) est solution de cette équation si et seulement si sa matrice \(M\) vérifie la relation \((\star)\) : \({}^tMJM=J\).

   Déterminer l’ensemble des matrices qui vérifient la relation \((\star)\) et montrer qu’il contient les matrices \(M_t\) pour tout \(t \in \mathbf{R}\).

[planches/ex8723] centrale PC 2022 Soit \(\theta\in\left]0,\pi\right[\).

1. Montrer que toute solution de \(A^2-2\mathop{\mathchoice{\hbox{cos}}{\hbox{cos}}{\mathrm{cos}}{\mathrm{cos}}}\nolimits(\theta)A+I_2=0\) dans \(\mathscr{M}_2(\mathbf{R})\) est semblable à \(R=\pmatrix{\mathop{\mathchoice{\hbox{cos}}{\hbox{cos}}{\mathrm{cos}}{\mathrm{cos}}}\nolimits\theta&-\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits\theta\cr\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits\theta&\mathop{\mathchoice{\hbox{cos}}{\hbox{cos}}{\mathrm{cos}}{\mathrm{cos}}}\nolimits\theta}\).

2. Soient \(n\in\mathbf{N}^*\) et \(A\in\mathscr{M}_n(\mathbf{R})\) telle que \(A^2-2\mathop{\mathchoice{\hbox{cos}}{\hbox{cos}}{\mathrm{cos}}{\mathrm{cos}}}\nolimits(\theta)A+I_n=0\). Montrer que \(n\) est pair et que \(A\) est semblable à une matrice diagonale par blocs dont tous les blocs diagonaux sont égaux à \(R\).

[oraux/ex4172] centrale MP 2011 Soient \(A\) et \(B\) dans \(\mathscr{M}_n(\mathbf{R})\) diagonalisables et telles que \(A^3=B^3\). Montrer : \(A=B\).

[planches/ex4641] polytechnique MP 2019 Soit \(M\in\mathscr{M}_2(\mathbf{R})\). À quelle condition \(M\) admet-elle une racine carrée dans \(\mathscr{M}_2(\mathbf{R})\) ?

[planches/ex9561] polytechnique, espci PC 2023 Soit \(n\geqslant 2\). Si \(A\in\mathscr{M}_n(\mathbf{C})\) est nilpotente, déterminer les valeurs possibles du cardinal de l’ensemble \(\{B\in\mathscr{M}_n(\mathbf{C}),\ A=B^2\}\).