Correction Concours ENSA Maroc 2019 — Mathématiques
Concours d’accès en 1ère année des ENSA Maroc — Session du 23 juillet 2019.
Correction détaillée et vérifiée des questions 1 à 20.
Cette page présente une correction pédagogique complète de l’épreuve de mathématiques du Concours ENSA Maroc 2019.
Les calculs ont été repris indépendamment. Lorsqu’une proposition imprimée ou un corrigé externe est incohérent, l’anomalie est signalée clairement au lieu de choisir une réponse arbitraire.
- Q1 : la condition \(a\ne b\) manque dans l’énoncé transcrit. Elle est indispensable pour définir \(v_0\) et éviter une forme \(0/0\) dans la récurrence.
- Q9 : le résultat exact est \(\dfrac3{10}=\dfrac{27}{90}\), mais aucune proposition imprimée ne convient.
- Q10 : la probabilité demandée vaut \(\dfrac13\), mais aucune proposition imprimée ne convient.
- Q12 : le résultat exact est négatif ; la bonne réponse est B. Le corrigé consulté retient C à la suite d’une erreur de signe.
- Q18 : avec le produit imprimé commençant à \(k=1\), aucune proposition ne convient. La réponse A devient correcte seulement si le produit commence à \(k=0\).
Tableau des réponses finales vérifiées
Correction détaillée question par question
Question 1 — Suite homographique
Soient \(a\gt0\) et \(b\gt0\). On considère :
\[ u_0=\frac ba, \qquad u_{n+1}= \frac{(b^2+ab-a^2)u_n-a^2} {b^2u_n+b^2-ab-a^2}, \]et :
\[ v_n=\frac{b}{bu_n-a}. \]On transforme la relation de récurrence grâce à la suite auxiliaire \(v_n\).
Un calcul direct donne :
\[ v_{n+1}-v_n=\frac{b^2}{b^2-a^2}. \]La suite \((v_n)\) est donc arithmétique. De plus :
\[ v_0 = \frac{b}{b\frac ba-a} = \frac{ab}{b^2-a^2}. \]Ainsi :
\[ v_n = \frac{ab+nb^2}{b^2-a^2} = \frac{b(a+nb)}{b^2-a^2}. \]Comme :
\[ v_n=\frac{b}{bu_n-a}, \]on obtient :
\[ bu_n-a=\frac{b}{v_n} =\frac{b^2-a^2}{a+nb}. \]Donc :
\[ u_n = \frac{an+b}{bn+a}. \]Question 2 — Encadrement d’une somme
Pour \(1\le k\le n\), on encadre le dénominateur \(2k+n\).
Donc :
\[ \frac1{3n}\le\frac1{2k+n}\le\frac1{n+2}. \]En sommant de \(k=1\) à \(n\) :
\[ \frac13\le u_n\le\frac{n}{n+2}\lt1. \]Ainsi :
\[ u_n\in\left[\frac13,1\right[. \]Question 3 — Somme de Riemann
Calculer :
\[ \lim_{n\to+\infty}\sum_{k=1}^{n}\frac1{2k+n}. \]On fait apparaître une somme de Riemann : \[ \frac1n\sum_{k=1}^{n}f\left(\frac kn\right). \]
La fonction \(x\mapsto\dfrac1{1+2x}\) est continue sur \([0,1]\). Donc :
\[ \lim_{n\to+\infty}u_n = \int_0^1\frac{dx}{1+2x}. \]Ainsi :
\[ \int_0^1\frac{dx}{1+2x} = \left[\frac12\ln(1+2x)\right]_0^1 = \frac12\ln3 = \ln(\sqrt3). \]Question 4 — Intégrale avec une racine carrée
On utilise une intégration par parties et la primitive fournie de \(\dfrac1{\sqrt{4+x^2}}\).
Par intégration par parties :
\[ I = \left[x\sqrt{4+x^2}\right]_0^1 - \int_0^1\frac{x^2}{\sqrt{4+x^2}}\,dx. \]Or :
\[ x^2=(4+x^2)-4. \]Donc :
\[ I = \sqrt5-I + 4\int_0^1\frac{dx}{\sqrt{4+x^2}}. \]Ainsi :
\[ 2I = \sqrt5 + 4\left[\ln\left(x+\sqrt{4+x^2}\right)\right]_0^1. \]Donc :
\[ I = \frac{\sqrt5}{2} + 2\ln\left(\frac{1+\sqrt5}{2}\right). \]Enfin :
\[ 2\ln\left(\frac{1+\sqrt5}{2}\right) = \ln\left(\frac{3+\sqrt5}{2}\right). \]Question 5 — Équation trigonométrique
\[ a^2+b^2=(a+b)^2-2ab. \]
Or :
\[ 2\sin^2(3x)\cos^2(3x) = \frac12\sin^2(6x). \]L’équation devient :
\[ \sin^2(6x)=0. \]Donc :
\[ 6x=k\pi, \qquad x=\frac{k\pi}{6}, \qquad k\in\mathbb Z. \]Question 6 — Calcul d’un radical
On pose les deux racines quatrièmes égales à \(A\) et \(B\), puis on développe \((A-B)^4\).
Posons :
\[ A=\sqrt[4]{\frac{7+3\sqrt5}{2}}, \qquad B=\sqrt[4]{\frac{7-3\sqrt5}{2}}. \]On a :
\[ A^4+B^4=7 \qquad\text{et}\qquad A^4B^4=1. \]Comme \(A\gt0\) et \(B\gt0\), alors \(AB=1\). De plus :
\[ A^2+B^2 = \sqrt{A^4+B^4+2A^2B^2} = \sqrt9=3. \]Ainsi :
\[ \lambda^4 = (A-B)^4 = A^4+B^4-4AB(A^2+B^2)+6A^2B^2. \]Donc :
\[ \lambda^4=7-12+6=1. \]Comme \(\lambda\gt0\), on obtient :
\[ \lambda=1. \]Question 7 — Aire d’un quart de disque
La courbe \(y=\sqrt{a^2-x^2}\) est le demi-cercle supérieur de centre \(O\) et de rayon \(a\).
Sur l’intervalle \([0,a]\), l’aire sous la courbe représente le quart d’un disque de rayon \(a\).
\[ \int_0^a\sqrt{a^2-x^2}\,dx = \frac14\pi a^2. \]Question 8 — Racine double d’un trinôme
On lance trois fois un dé et on note \(a,b,c\) les résultats. On considère :
\[ Q(x)=ax^2+bx+c. \]Calculer la probabilité que \(Q\) admette une racine double.
Un trinôme admet une racine double si et seulement si son discriminant est nul.
La condition est donc :
\[ b^2=4ac. \]Avec \(a,b,c\in\{1,2,3,4,5,6\}\), les cinq triplets possibles sont :
\[ (1,2,1),\ (1,4,4),\ (2,4,2),\ (3,6,3),\ (4,4,1). \]L’univers contient :
\[ 6^3=216 \]issues équiprobables. Donc :
\[ P=\frac5{216}. \]Question 9 — Probabilité de la couleur du deuxième tirage
Une urne contient \(4\) boules jaunes, \(3\) rouges et \(3\) bleues. On tire successivement deux boules sans remise.
Calculer la probabilité que la deuxième boule soit rouge.
On distingue le cas où la première boule est rouge et celui où elle ne l’est pas.
En comptant les couples ordonnés, il y a :
\[ 10\times9=90 \]tirages possibles.
Si la première boule est rouge, on dispose de \(3\times2=6\) couples favorables.
Si la première boule n’est pas rouge, on dispose de \(7\times3=21\) couples favorables.
Donc :
\[ P(\text{deuxième rouge}) = \frac{6+21}{90} = \frac{27}{90} = \frac3{10}. \]Question 10 — Probabilité conditionnelle
Calculer la probabilité que la deuxième boule soit rouge sachant que la première est jaune.
Sachant que la première boule est jaune, il reste neuf boules, dont trois rouges.
Question 11 — Argument d’un nombre complexe
Le nombre \(z=(\sqrt2-1)+i\) appartient au premier quadrant.
Si \(\theta=\arg(z)\), alors :
\[ \tan\theta = \frac1{\sqrt2-1} = \sqrt2+1. \]Or :
\[ \tan\left(\frac{3\pi}{8}\right)=\sqrt2+1. \]Comme \(z\) appartient au premier quadrant :
\[ \arg(z)=\frac{3\pi}{8}. \]Question 12 — Valeur exacte d’un cosinus
Calculer :
\[ \cos\left(\frac{5\pi}{8}\right). \]\[ \frac{5\pi}{8}=\pi-\frac{3\pi}{8}. \]
La formule de l’angle moitié donne :
\[ \cos\left(\frac{3\pi}{8}\right) = \sqrt{\frac{1+\cos\left(\frac{3\pi}{4}\right)}{2}} = \sqrt{\frac{1-\frac{\sqrt2}{2}}{2}}. \]Donc :
\[ \cos\left(\frac{3\pi}{8}\right) = \frac{\sqrt{2-\sqrt2}}{2}. \]Finalement :
\[ \cos\left(\frac{5\pi}{8}\right) = -\frac{\sqrt{2-\sqrt2}}{2}. \]Question 13 — Produit de cosinus
On multiplie \(a\) par \(\sin(\pi/5)\), comme le suggère l’énoncé.
Donc :
\[ a\sin\left(\frac{\pi}{5}\right) = \frac12 \sin\left(\frac{2\pi}{5}\right) \cos\left(\frac{2\pi}{5}\right). \]Ainsi :
\[ a\sin\left(\frac{\pi}{5}\right) = \frac14\sin\left(\frac{4\pi}{5}\right) = \frac14\sin\left(\frac{\pi}{5}\right). \]Comme \(\sin(\pi/5)\ne0\) :
\[ a=\frac14. \]Question 14 — Produit de sinus
On utilise \(a=\dfrac14\) et les identités \(\cos(\alpha-\beta)\) et \(\cos(\alpha+\beta)\).
On a :
\[ a+b = \cos\left(\frac{\pi}{5}-\frac{2\pi}{5}\right) = \cos\left(\frac{\pi}{5}\right), \]et :
\[ a-b = \cos\left(\frac{\pi}{5}+\frac{2\pi}{5}\right) = \cos\left(\frac{3\pi}{5}\right) = -\cos\left(\frac{2\pi}{5}\right). \]En multipliant :
\[ (a+b)(a-b)=-a. \]Donc :
\[ a^2-b^2=-a, \qquad b^2=a+a^2. \]Avec \(a=\dfrac14\) :
\[ b^2=\frac14+\frac1{16}=\frac5{16}. \]Comme \(b\gt0\) :
\[ b=\frac{\sqrt5}{4}. \]Question 15 — Lieu géométrique
Déterminer l’ensemble des points \(M\) tels que :
\[ \overrightarrow{AM}\cdot\overrightarrow{AM} - 4\,\overrightarrow{AM}\cdot\overrightarrow{BM} =0. \]On utilise : \[ \overrightarrow{BM} = \overrightarrow{BA}+\overrightarrow{AM}. \]
Posons :
\[ \vec x=\overrightarrow{AM} \qquad\text{et}\qquad \vec c=\overrightarrow{AB}. \]Alors :
\[ \overrightarrow{BM} = -\vec c+\vec x. \]L’équation devient :
\[ \|\vec x\|^2-4\vec x\cdot(\vec x-\vec c)=0. \]Donc :
\[ 3\|\vec x\|^2-4\vec x\cdot\vec c=0. \]On complète le carré :
\[ \left\|\vec x-\frac23\vec c\right\|^2 = \frac49\|\vec c\|^2. \]Il s’agit d’un cercle de centre \(G\) défini par :
\[ \overrightarrow{AG}=\frac23\overrightarrow{AB}, \]et de rayon \(\dfrac23 AB\).
Question 16 — Produit télescopique
On factorise le numérateur et le dénominateur.
Donc :
\[ u_n = \prod_{k=0}^{n} \frac{(k+2)(k+3)}{(k+1)(k+4)}. \]Le produit se simplifie :
\[ u_n = \frac{2\cdot3\cdot3\cdot4\cdots(n+2)(n+3)} {1\cdot4\cdot2\cdot5\cdots(n+1)(n+4)}. \]Ainsi :
\[ u_n = \frac{3(n+2)}{n+4} = \frac{3n+6}{n+4}. \]Question 17 — Chiffre des unités
Déterminer le chiffre des unités de :
\[ 23^{2019}. \]Le chiffre des unités se détermine modulo \(10\).
Les puissances de \(3\) ont un cycle de longueur \(4\) :
\[ 3,\ 9,\ 7,\ 1. \]Or :
\[ 2019\equiv3\pmod4. \]Le chiffre des unités est donc celui de \(3^3\), soit :
\[ 7. \]Question 18 — Produit exponentiel
\[ e^{2x}-e^{-2x} = \left(e^x-e^{-x}\right) \left(e^x+e^{-x}\right). \]
Pour chaque \(k\ge1\) :
\[ e^{2^{k+1}}-e^{-2^{k+1}} = \left(e^{2^k}-e^{-2^k}\right) \left(e^{2^k}+e^{-2^k}\right). \]Donc :
\[ e^{2^k}+e^{-2^k} = \frac{e^{2^{k+1}}-e^{-2^{k+1}}} {e^{2^k}-e^{-2^k}}. \]Le produit est télescopique :
\[ u_n = \frac{e^{2^{n+1}}-e^{-2^{n+1}}} {e^2-e^{-2}}. \]Question 19 — Monotonie d’une suite de solutions
et \(u_n\) est l’unique solution de \(f_n(x)=0\).
On compare \(f_{n+1}\) et \(f_n\), puis on utilise la stricte croissance de \(f_{n+1}\).
Pour \(x\ge0\) :
\[ f_n'(x)=e^x+2nx\gt0. \]La fonction \(f_n\) est donc strictement croissante.
De plus :
\[ f_n(0)=-2\lt0 \qquad\text{et}\qquad \lim_{x\to+\infty}f_n(x)=+\infty. \]Par continuité et stricte croissance de \(f_n\), l’équation \(f_n(x)=0\) admet une unique solution \(u_n\), avec \(u_n\gt0\).
Enfin :
\[ f_{n+1}(x)-f_n(x)=x^2\ge0. \]En particulier :
\[ f_{n+1}(u_n) = f_n(u_n)+u_n^2 = u_n^2\gt0. \]Or :
\[ f_{n+1}(u_{n+1})=0. \]Comme \(f_{n+1}\) est strictement croissante :
\[ u_{n+1}\lt u_n. \]La suite \((u_n)\) est donc décroissante.
Question 20 — Limite de la suite de solutions
Calculer :
\[ \lim_{n\to+\infty}u_n. \]On exploite directement l’équation vérifiée par \(u_n\).
Comme \(f_n(u_n)=0\) :
\[ e^{u_n}+nu_n^2-3=0. \]Donc :
\[ nu_n^2=3-e^{u_n}. \]Comme \(u_n\ge0\), on a \(e^{u_n}\ge1\). Ainsi :
\[ 0\le nu_n^2\le2. \]Par conséquent :
\[ 0\le u_n^2\le\frac2n. \]Le théorème d’encadrement donne :
\[ u_n^2\longrightarrow0. \]Comme \(u_n\ge0\) :
\[ u_n\longrightarrow0. \]Conseil de travail
Dans un QCM de concours, une proposition imprimée peut exceptionnellement contenir une coquille. Il faut conserver son calcul, vérifier les données et distinguer clairement la réponse mathématique de la réponse probablement attendue. Cette rigueur est particulièrement importante pour les probabilités, les signes trigonométriques et les indices des produits.
Commentaires
Enregistrer un commentaire