Exercices corrigés de Centrale-Supélec sur le thème « suites et séries de fonctions », regroupés par filière.
MP–MPI
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Pour {x>1}, montrer {\delta_{n+1}\sim\delta_n^2/(2\sqrt x)}, majorer l’erreur, prouver la convergence uniforme sur les segments et identifier la méthode numérique.
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Pour {g(x)=\pi^2/3+\sum\limits_{n\geq1}4(-1)^n\cos(nx)/n^2}, calculer {\int_{-\pi}^{\pi}g^2} et simplifier l’expression de {g}.
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Tracer ces fonctions et les constantes {1/k^2}. Énoncer l’inégalité arithmético-géométrique et en déduire la convergence normale de {\sum\limits g_k}.
Programmer une approximation à {10^{-6}} de {\sum\limits k^{-2}}. Pour {g(x)=(1-x)^2\sum\limits_{n\geq0}nx^n/(1-x^n)}, programmer son calcul, conjecturer et prouver sa limite en {1^-}.
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Calculer les coefficients, prouver la convergence normale et trouver {\lim S_n(f)(\pi)} en admettant {\sum\limits n^{-2}=\pi^2/6}.
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Poser {c_n=(2\pi)^{-1}\int_0^{2\pi}f(t)e^{-int}dt}, {S_N=\sum\limits_{n=-N}^Nc_ne^{inx}}, {D_N=\sum\limits_{n=-N}^Ne^{inx}}.
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Avec {\gamma_r(t)=re^{it}}, montrer, pour {f} entière et {r>|a|}, {f(a)=\frac1{2i\pi}\int_{\gamma_r}\frac{f(z)}{z-a}dz.}
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(i) Montrer {f_n(x)=(2\pi)^{-1}\int_0^{2\pi}f(t)K_n(x-t)dt}.
(ii) Montrer la convergence uniforme de {f_n} vers {f} sur {\mathbb{R}}.
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PSI
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Montrer que {g} se prolonge continûment à {\mathbb{R}}.
Comparer graphiquement les deux termes et émettre une conjecture.
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Montrer {h_n(x)\in[0,1]} et {|h_{n+1}(x)-h_n(x)|\leq|h_n(x/2)-h_{n-1}(x/2)|} pour {n\geq1}.
En déduire la convergence uniforme de {(h_n)}.
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Montrer que {F} est définie continue sur {\mathbb{R}_+}, de classe {C^2} sur {\mathbb{R}_+^\star}, puis calculer {F(0)} et sa limite en {+\infty}.
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Montrer l’existence, la continuité et la monotonie de {\varphi} ; calculer {\varphi(1),\varphi(2)}, sa limite à l’infini, établir {\varphi(x)=O(x^{-1/2})}, puis {\varphi(x)\sim\ln(1+x)/x}.
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Étudier la convergence simple et uniforme de {(f_n)}, puis de {\sum\limits f_n}.
Étudier et calculer {\sum\limits_{n\geq0}(-1)^n\int_0^{\pi/2}f_n(t)dt}.
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i) Vérifier la solution {u(x,t)=\sum\limits_{n\ge1}\sin((2n+1)x)e^{-(2n+1)^2t}/(2n+1)^3}.
ii) Tracer les profils pour {t=1,2}.
iii) Prouver l’unicité en étudiant {\int_0^\pi(u-v)^2dx}.
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Montrer que sa somme {S} est continue.
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Montrer : {\lVert F\rVert\leq1/3}.
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PC
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Montrer que {g=\sum\limits_{n\geq1}f_n} est définie et l’exprimer simplement.
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Déterminer le domaine de définition, montrer la régularité {C^1} et étudier les variations et les limites aux bornes.
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Justifier l’existence et la continuité ; donner les limites et équivalents en zéro et à l’infini.
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Justifier l’existence et étudier la continuité de {S} ; donner un équivalent en zéro positif.
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Justifier l’existence de {S(x)=\sum\limits_{n\geq1}f_n(x)} et sa continuité sur {\mathbb{R}}, puis donner un équivalent en zéro positif.
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Montrer qu’elle est définie, continue et strictement croissante. Admet-elle une limite à l’infini ?
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Étudier les convergences simple et uniforme.
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