Convexité, Optimisation — CCINP et autres écoles

Exercices corrigés du CCINP et d’autres écoles sur le thème « convexité, Optimisation », regroupés par filière.

MP–MPI


Exercice 1. (★★) théorème spectral ; extremums sous contrainte ; gradient
Soit {n\geq1}, {E=\mathbb{R}^n} euclidien canonique, {A\in S_n(\mathbb{R})} et {q(x)=x^TAx}. On note {C(q)=\left\{x\in E:q(x)=0\right\}}.
a) Calculer {\nabla q}.
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b) Trouver le minimum et le maximum de {q} sur la sphère unité.
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Exercice 2. (★★★) convexité ; Fonctions d’une variable réelle ; monotonie
Soit {f:\mathbb{R}_+\to\mathbb{R}_+} deux fois dérivable et majorée, avec {f''\geq\alpha^2f}, {\alpha>0}.

Montrer sa convexité, {f'\leq0}, déterminer les limites de {f,f'}, montrer {\alpha^2f^2-f'^2\leq0}, puis {f(t)\leq f(0)e^{-\alpha t}}.

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Exercice 3. (★★★) inégalité arithmético-géométrique ; points critiques ; extremums sur un compact
Déterminer les extrema de {f(u,v)=uv(1-u-v)} sur {[0,1]^2}. Dans un triangle d’aire un, maximiser le produit des distances d’un point intérieur aux trois côtés.
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Exercice 4. (★★★) points critiques ; minimum global ; matrice hessienne
Étudier les extrema sur {\mathbb{R}^2} de {(x,y)\mapsto x^4+y^4+4xy+1}.
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Exercice 5. (★★) inégalité arithmético-géométrique ; extremums globaux ; compacts en dimension finie
Soient {K=\left\{(x,y):x,y\geq0,\ 0\leq x+y\leq1\right\}} et {f(x,y)=xy(1-x-y)}.

Montrer que {f} atteint ses extrema sur {K} et les déterminer.

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Author: Jean-Michel Ferrard

Professeur de mathématiques en classe préparatoire aux grandes écoles.