CCINP Maths 1 PSI 2012

Thème de l'épreuve Équations différentielles matricielles
Principaux outils utilisés systèmes différentiels linéaires, séries entières
Mots clefs matrice résolvante

Corrigé

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SESSION 2012

PSIM102

EPREUVE SPECIFIQUE - FILIERE PSI
____________________

MATHEMATIQUES 1
Durée : 4 heures
____________________
N.B. : Le candidat attachera la plus grande importance à la clarté, à la 
précision et à la concision de
la rédaction. Si un candidat est amené à repérer ce qui peut lui sembler être 
une erreur d'énoncé, il le
signalera sur sa copie et devra poursuivre sa composition en expliquant les 
raisons des initiatives
qu'il a été amené à prendre.

___________________________________________________________________________________

Tournez la page S.V.P.

R

C
n

C
Mn (K)

K

Mn,1 (K)

A

I
I

R
A:I F

A (t) =
"

i
A-1

j
K
t

A(t)
A
"

"

K

ai,j
Mn (K)

A
F

K

n

K
n

K
A = (ai,j )
I

R

A(t) = ai,j (t)

I
t

I

ai,j (t)

M (t)
M N (t) = M (t)N (t) + M (t)N  (t)

N (t)

I

R
n

A
I

n

I
A

B

B

K
(E) : X  (t) = A(t)X(t) + B(t)
I

n

X(t)

K
(E0 ) : X  (t) = A(t)X(t)
(E)
(E0 )
(E0 )
K
(E)

S0

S0
n
S0

(E)
(E)

t0
I

I

V

Mn,1 (K)

X

X(t0 ) = V

I
(E0 )

"

W (t) = X1 (t), . . . , Xn (t)
W (t)

n

(X1 , . . . , Xn )
Xj (t)

S0
(E0 )

(E)
(E0 )

(E) : X  (t) = AX(t) + B(t)

(E0 ) : X  (t) = AX(t)
Mn (K)

A
I=R
Mn,1 (K)
(E0 )

V
X(t) = et V

K
V

A

0 -1 1 -1
0 2 0 0 

n=4 A=

0 1 1 0 
1 -1 1 0

tet
 et 

B(t) = 

 0 
-tet

K=C

(E0 )
A

(E0 )

I=R
K=R

x1 (t)
x (t)
 2 
X(t) = 

x3 (t)

(E) : X  (t) = AX(t) + B(t)

x4 (t)

xk (t)
x2 (t)

x3 (t)

(E)
x1 (t)

I =R
x4 (t)

Tournez la page S.V.P.

-1
-1
 
X(0) =  
-1

(E)

X

0

(E) : X  (t) = A(t)X(t) + B(t)
R tI
K=R
C

I
S0
(E0 )
t0  I

n
t 0

S0

Mn,1 (K)

X  S0 , t0 (X) = X(t0 ) .
t 0
Mn,1 (K)
X1 , . . . , Xn
t0
X(t0 ) = V

S0

(E0 )
t

V  Mn,1 (K)
X  S0

-1
t  t0 (V ) = X(t)

I

(E0 )

(X1 , . . . , Xn )

S0

Mn,1 (K)

(C1 , . . . , Cn )

t 0

t0  I
S0

Mn,1 (K)

W (t0 ) = X1 (t0 ), . . . , Xn (t0 ) .

t0

t

-1
R(t, t0 ) = W (t) W (t0 )
(X1 , . . . , Xn )

I

R(t, t0 )

R(t, t0 )

t, t0 , t1

t2

(E0 )

I
R (t, t0 )

R (t, t0 ) = A(t)R(t, t0 )
X(t) = R(t, t0 )V
(E0 )
R(t2 , t1 )R(t1 , t0 ) = R(t2 , t0 )

R(t, t0 )

t

V  Mn,1 (K)
X(t0 ) = V
R(t, t0 )

-1

= R(t0 , t)

(E)
t

t0

(E)

I
X(t) = R(t, t0 )V (t) ,

V : I  Mn,1 (K)
X(t) = R(t, t0 )V (t)

(E)

R(t, t0 )V  (t) = B(t) .
V (t) =

Z

t

(E)

R(t0 , u)B(u) u

V (t)

t0

R(t0 , u)B(u)
Z t
R(t, u)B(u) u
Y (t) =

(E)

t0

K=R

(e0 ) : t(t - 1)y  + 3y  - 6y = 0 ,
y = y(t)

I
y(t) = am tm + · · · + a0

(e0 )
am 6= 0
(e0 )

(e0 )

P

R
Q(t) =

1
(1 - t)2

(e0 )

P (0) = 1
] - 1; 1[

(e0 )

y(t) =

+
X

ak t k

k=0

|t| < R R>0
k

ak+1

k

ak

R

Tournez la page S.V.P.

k0
ak 0

ak
ak 0

k  k0
ak
P

Q

(E) : y  + a(t)y  + b(t)y = (t) ,
a, b, 

I
z

z(t) = y  (t)

A(t)

X(t) =

f (t), g(t)
(E0 ) : y  + a(t)y  + b(t)y = 0
!
!
f (t)
g(t)
f  (t)
g  (t)
(E0 ) : X  (t) = A(t)X(t)
!
f (t) g(t)
W (t) =
f  (t) g  (t)
I
f  (t) f0

!
(E)

B(t)
(E) : X  (t) = A(t)X(t) + B(t)

"

t t0
g(t0 ) f 

y(t)
z(t)

I

f (t) f0
f (t0 ) g
g(t) g0
f  (t0 ) g 
g  (t) g0
g  (t0 )
"
-1
W (t0 )
f0 , g0 , f0 , g0
R(t, t0 )
f, f0 , g, g0 , f  , f0 , g  , g0
f

(e) : t(t - 1)y  + 3y  - 6y = 20t4
I =]0; 1[
(e)

(E)

A(t) B(t)
(E) : X  (t) = A(t)X(t) + B(t)

Q
W (u)

t
Q(t)P (u) - P (t)Q(u)

f (t) = P (t)
u
]0; 1[

(e)

g(t) = Q(t)

P

t

t0

]0; 1[

1
y(t) =
(1 - t)2

Z

t

(4t5 - 5t4 - 4u5 + 5u4 ) u
t0

(e)
t0 = 0
(e)

[0; 1[

(e)
y(0) = y  (0) = 0 ?

[0; 1[