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Concours ENSAM Maroc 2018 — Énoncé de mathématiques

Concours ENSAM 2018 — Mathématiques

Concours d’entrée en première année des années préparatoires de l’ENSAM.

Session du 20 juillet 2018 — Durée : 2 h — 20 questions à réponses précises.

Cette page reproduit l’énoncé de l’épreuve de mathématiques du concours ENSAM 2018.

Les questions couvrent l’analyse, les suites, les nombres complexes, les probabilités, l’arithmétique et la géométrie dans l’espace.

Consignes de l’épreuve

  • Durée : 2 heures.
  • L’épreuve comporte des questions à réponses précises.
  • La calculatrice est strictement interdite.
  • Une réponse juste rapporte 2 points.
  • Une réponse fausse ou une absence de réponse rapporte 0 point.

Énoncé — ENSAM 2018 — Mathématiques

Question 1 — Limite d’une somme

Énoncé

Calculer la limite :

\[ Q_1= \lim_{n\to+\infty} \left( \frac{n}{n^3+1} + \frac{2n}{n^3+2} + \frac{3n}{n^3+3} +\cdots+ \frac{n\cdot n}{n^3+n} \right). \]

Question 2 — Suite de sommes partielles

Énoncé

Soit \(n\in\mathbb N\). On pose :

\[ u_n= \frac{1}{(2n+1)(2n-1)} \]

et :

\[ S_n=u_0+u_1+\cdots+u_n. \]

Calculer :

\[ Q_2= \lim_{n\to+\infty}S_n. \]

Question 3 — Point d’inflexion

Énoncé

Soit \(g\) la fonction définie par :

\[ g(x)= \ln\left( \frac{2\sqrt2\,x}{1+x^2} \right). \]

La courbe représentative de \(g\) admet-elle un point d’inflexion ?

Dans l’affirmative, déterminer son abscisse.

Question 4 — Branche infinie

Énoncé

Soit \(f\) la fonction définie par :

\[ f(x)= \ln\left( \frac{e^{2x}-3}{e^{2x}+7} \right), \]

et soit \((C_f)\) sa courbe représentative.

Déterminer la nature de la branche infinie de \((C_f)\) au voisinage de \(+\infty\).

Question 5 — Fonction réciproque

Énoncé

Soit \(h\) la fonction définie par :

\[ h(x)= \ln\left( x+\sqrt{x^2+1} \right). \]

Calculer :

\[ h^{-1}(0). \]

Question 6 — Limite avec racine cubique

Énoncé

Calculer la limite :

\[ Q_6= \lim_{x\to0} \frac{\sqrt[3]{x+8}-2}{x}. \]

Question 7 — Équation complexe

Énoncé

Soient \(\alpha\in\mathbb R\) et \(a\) une solution de l’équation :

\[ z^2-2\cos(\alpha)z=-1. \]

Pour tout \(n\in\mathbb N\), calculer :

\[ Q_7= a^n+\frac{1}{a^n}. \]

Question 8 — Suite géométrique de nombres complexes

Énoncé

Soient :

\[ a=i\sqrt3 \]

et :

\[ b= \sqrt3 \left( \frac{1}{2}+i\frac{\sqrt3}{2} \right). \]

On pose :

\[ \lambda= r(\cos\theta+i\sin\theta), \]

avec :

\[ \theta\in]0,\pi] \qquad\text{et}\qquad r>0. \]

Déterminer \(r\) et \(\theta\) pour que les trois nombres complexes \(a\), \(\lambda\) et \(b\) soient, dans cet ordre, trois termes consécutifs d’une suite géométrique.

Question 9 — Limite exponentielle

Énoncé

Calculer la limite :

\[ Q_9= \lim_{x\to+\infty} \left( \tan\left( \frac{\pi x}{2x+1} \right) \right)^{\frac{1}{x}}. \]

Question 10 — Intégration par parties

Énoncé

En utilisant une intégration par parties, calculer :

\[ Q_{10} = \int_0^{\frac{\pi}{2}} x\cos^4x\sin x\,dx. \]

Question 11 — Limite d’une suite d’intégrales

Énoncé

Pour \(n\in\mathbb N\), on pose :

\[ I_n= \int_0^1 t^n\tan t\,dt. \]

Calculer :

\[ Q_{11} = \lim_{n\to+\infty} \left( nI_n-1 \right). \]

Question 12 — Équation différentielle avec condition intégrale

Énoncé

On considère l’équation différentielle :

\[ y''-4y'+20y=0, \]

avec :

\[ y(0)=2 \]

et :

\[ \int_0^\pi y(t)\,dt=0. \]

Calculer :

\[ y\left(\frac{\pi}{2}\right). \]

On donne :

\[ \int_0^\pi e^{at}\sin(bt)\,dt = \frac{ be^{a\pi}\cos(b\pi) - ae^{a\pi}\sin(b\pi) - b }{ a^2+b^2 }. \]

Question 13 — Nombre de solutions d’une équation trigonométrique

Énoncé

Soit \(S\) l’ensemble des solutions de l’équation :

\[ \sin(9x)+\sin(5x)+2\sin^2x=1. \]

Déterminer :

\[ \operatorname{card} \left( S\cap]-\pi,0[ \right). \]

Question 14 — Inéquation trigonométrique

Énoncé

Résoudre, dans :

\[ \left]0,\frac{\pi}{2}\right[, \]

l’inéquation :

\[ 2(\sin x)(\tan x)-3>0. \]

Question 15 — Probabilité et ellipse

Énoncé

Une boîte \(A\) contient trois jetons numérotés :

\[ 1,\ 2,\ 4. \]

Une boîte \(B\) contient six jetons numérotés :

\[ 0,\ 3,\ 3,\ 5,\ 5,\ 5. \]

On tire au hasard un jeton de \(A\), on lit le nombre \(a\) porté sur le jeton, puis on remet ce jeton dans \(A\).

On effectue la même opération dans \(B\), et l’on note \(b\) le numéro du jeton tiré.

Au couple \((a,b)\), on associe le point \(M(a,b)\).

Quelle est la probabilité pour que \(M(a,b)\) appartienne à l’ellipse d’équation :

\[ \frac{x^2}{16} + \frac{y^2}{12} = 1\ ? \]

Question 16 — Probabilité maximale

Énoncé

Soit \(n\) un entier naturel impair supérieur ou égal à \(3\).

Une boîte contient :

  • \(n\) boules blanches numérotées de \(1\) à \(n\) ;
  • \(n+1\) boules noires numérotées de \(1\) à \(n+1\).

On tire au hasard et simultanément deux boules de la boîte.

Soit \(p\) la probabilité de l’événement :

« obtenir deux boules dont la somme des numéros est \(n\) ».

Déterminer la valeur de \(n\) pour laquelle \(p\) est maximale.

Question 17 — Équation exponentielle diophantienne

Énoncé

Soient \(a\) et \(b\) des entiers.

Déterminer tous les couples \((a,b)\) tels que :

\[ 7^a-3\times2^b=1. \]

Question 18 — Intersection d’un plan et d’une droite

Énoncé

Dans l’espace, on considère les points :

\[ A(1,0,1), \qquad B(0,1,0), \qquad C(0,1,1), \qquad D(1,1,0). \]

On considère aussi la droite \((\Delta)\) passant par \(D\) et ayant pour vecteur directeur :

\[ \vec u=(1,1,-1). \]

Déterminer l’intersection du plan \((ABC)\) avec la droite \((\Delta)\).

Question 19 — Volume d’un tétraèdre

Énoncé

Dans l’espace, on considère les points :

\[ A(2,-3,-3), \qquad B(3,-2,2), \] \[ C(1,1,0), \qquad D(-1,0,-1). \]

Calculer le volume du tétraèdre \(DABC\).

Question 20 — Rectangle formé de neuf carrés

Énoncé

Le rectangle représenté ci-dessous est formé de neuf carrés.

Le petit carré noir a \(1{,}5\ \mathrm{cm}\) de côté et le carré hachuré a \(15\ \mathrm{cm}\) de côté.

Déterminer les deux dimensions :

  • \(L\), la longueur du rectangle ;
  • \(l\), la largeur du rectangle.
15 cm 1,5 l L

Conseil de travail

Commencer par les questions directes, puis revenir aux questions nécessitant plusieurs étapes de calcul, une étude de fonction ou un raisonnement combinatoire.

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