Correction Concours ENSA Maroc 2023 — Mathématiques
Concours d’accès en 1ère année des ENSA Maroc — Session juillet 2023 — Épreuve de mathématiques.
Concours d’accès en 1ère année des ENSA Maroc
Session : juillet 2023
Épreuve : Mathématiques
Cette correction reprend les 20 questions du concours ENSA Maroc 2023 avec un rappel de chaque question, une justification claire, l’idée utile à retenir et la réponse finale.
Tableau des réponses finales
Correction détaillée question par question
Question 1
Dans une suite logique, on cherche d’abord si les opérations alternent. Ici, on observe une soustraction puis une multiplication.
Question 2
La divisibilité par \(9\) dépend uniquement de la somme des chiffres. Déplacer un chiffre ne change pas cette somme.
Déplacer le premier chiffre à la fin ne change pas la somme des chiffres. Donc \(y\) est aussi divisible par \(9\).
Le reste de la division de \(y\) par \(9\) est donc : \[ 0. \]
Question 3
Si deux entiers sont premiers entre eux, chaque facteur premier du produit doit être placé entièrement dans l’un des deux entiers.
Les blocs premiers sont : \[ 2,\qquad 3,\qquad 5^2. \] Chaque bloc a \(2\) choix : aller dans le premier ou dans le deuxième entier.
Le nombre de couples ordonnés positifs est donc : \[ 2^3=8. \]
Question 4
Une racine entière d’un polynôme à coefficients entiers doit diviser le terme constant.
Posons :
\[ P(x)=9x^5-12x^4+6x-5. \]Si \(P\) admet une racine entière, alors cette racine divise le terme constant \(-5\).
Les seules valeurs possibles sont donc :
\[ x\in\{-5,-1,1,5\}. \]On vérifie :
\[ P(1)=9-12+6-5=-2\ne0. \]Et :
\[ P(-1)=-9-12-6-5=-32\ne0. \]Pour \(x=5\), les termes dominants \(9x^5\) et \(-12x^4\) ne peuvent pas donner une annulation avec \(6x-5\), et le calcul direct donne :
\[ P(5)=9\cdot5^5-12\cdot5^4+30-5\ne0. \]De même :
\[ P(-5)=9(-5)^5-12(-5)^4+6(-5)-5\ne0. \]Aucun diviseur entier possible de \(-5\) n’annule le polynôme.
Donc l’équation n’admet aucune solution entière.
Question 5
Pour une partie entière, il faut encadrer la quantité entre deux entiers consécutifs.
Question 6
La limite usuelle \(\frac{\sin t}{t}\to1\) s’applique après le changement \(t=e^{-x}\).
Question 7
Une fonction bornée divisée par une quantité qui tend vers \(+\infty\) tend vers \(0\).
Question 8
Une fonction continue définie sur un intervalle et à valeurs dans \(\mathbb Z\) est nécessairement constante.
La fonction \(f\) est continue sur \(\mathbb R\), qui est un intervalle.
Donc l’image \(f(\mathbb R)\) est aussi un intervalle.
Or \(f\) prend ses valeurs dans \(\mathbb Z\). Ainsi :
\[ f(\mathbb R)\subset\mathbb Z. \]Un intervalle contenu dans \(\mathbb Z\) ne peut contenir qu’un seul entier, sinon il contiendrait aussi tous les réels entre deux entiers distincts.
Par conséquent, l’image de \(f\) est réduite à une seule valeur.
Donc \(f\) est constante sur \(\mathbb R\).
Question 9
Pour une relation fonctionnelle en \(x+y\), on fixe \(x\) puis on dérive par rapport à \(y\) en \(0\).
On commence par prendre \(x=y=0\) dans la relation :
\[ f(0)\bigl(1-f(0)^2\bigr)=2f(0). \]On obtient :
\[ f(0)-f(0)^3=2f(0). \]Donc :
\[ -f(0)^3-f(0)=0. \]Ainsi :
\[ f(0)\bigl(f(0)^2+1\bigr)=0. \]Comme \(f(0)^2+1\ne0\), on a :
\[ f(0)=0. \]Fixons maintenant \(x\), puis dérivons la relation par rapport à \(y\) en \(y=0\).
La dérivée du membre de gauche donne :
\[ f'(x)\bigl(1-f(x)f(0)\bigr) + f(x)\bigl(-f(x)f'(0)\bigr). \]Comme \(f(0)=0\), cela devient :
\[ f'(x)-f(x)^2f'(0). \]La dérivée du membre de droite \(f(x)+f(y)\), par rapport à \(y\), vaut :
\[ f'(0). \]Donc :
\[ f'(x)-f(x)^2f'(0)=f'(0). \]On isole \(f'(x)\) :
\[ f'(x)=f'(0)\bigl(1+f(x)^2\bigr). \]Finalement :
\[ \frac{f'(x)}{1+f(x)^2}=f'(0). \]Question 10
Sur des bornes réciproques \(\frac1\alpha\) et \(\alpha\), le changement \(x=\frac1t\) est souvent décisif.
On obtient : \[ I=-\int_{\frac1\alpha}^{\alpha}\frac{\ln t}{1+t^2}\,dt. \] Donc : \[ I=-I. \] Ainsi : \[ I=0. \]
Question 11
Quand deux intégrales contiennent \(\sin^2x\) et \(\cos^2x\), on utilise \(I+J\) puis \(I-J\).
On pose :
\[ I=\int_0^{\frac{\pi}{2}}x^2\sin^2x\,dx, \qquad J=\int_0^{\frac{\pi}{2}}x^2\cos^2x\,dx. \]D’abord :
\[ I+J=\int_0^{\frac{\pi}{2}}x^2(\sin^2x+\cos^2x)\,dx. \]Comme \(\sin^2x+\cos^2x=1\), on obtient :
\[ I+J=\int_0^{\frac{\pi}{2}}x^2\,dx = \left[\frac{x^3}{3}\right]_0^{\frac{\pi}{2}} = \frac{\pi^3}{24}. \]Ensuite :
\[ I-J=\int_0^{\frac{\pi}{2}}x^2(\sin^2x-\cos^2x)\,dx. \]Or :
\[ \sin^2x-\cos^2x=-\cos(2x). \]Donc :
\[ I-J=-\int_0^{\frac{\pi}{2}}x^2\cos(2x)\,dx. \]Notons :
\[ K=\int_0^{\frac{\pi}{2}}x^2\cos(2x)\,dx. \]Par intégration par parties avec \(u=x^2\) et \(v'=\cos(2x)\), on a \(u'=2x\) et \(v=\frac12\sin(2x)\).
Alors :
\[ K=\left[\frac{x^2}{2}\sin(2x)\right]_0^{\frac{\pi}{2}} - \int_0^{\frac{\pi}{2}}x\sin(2x)\,dx. \]Le crochet est nul, donc :
\[ K=-\int_0^{\frac{\pi}{2}}x\sin(2x)\,dx. \]Une nouvelle intégration par parties donne :
\[ \int_0^{\frac{\pi}{2}}x\sin(2x)\,dx=\frac{\pi}{4}. \]Donc :
\[ K=-\frac{\pi}{4}. \]Ainsi :
\[ I-J=-K=\frac{\pi}{4}. \]On résout maintenant le système :
\[ I+J=\frac{\pi^3}{24}, \qquad I-J=\frac{\pi}{4}. \]En additionnant :
\[ 2I=\frac{\pi^3}{24}+\frac{\pi}{4}. \]Donc :
\[ I=\frac{\pi^3}{48}+\frac{\pi}{8}. \]Question 12
Dans une intégrale de la forme \((\cos x)^n\sin x\), le changement \(u=\cos x\) donne directement une puissance.
Donc : \[ \int_0^{\frac{\pi}{2}}(\cos x)^{1445}\sin x\,dx = \int_0^1u^{1445}\,du. \] Ainsi : \[ \int_0^1u^{1445}\,du= \left[\frac{u^{1446}}{1446}\right]_0^1=\frac1{1446}. \]
Question 13
La somme des racines d’une équation du second degré permet d’éviter de résoudre complètement l’équation.
Question 14
Pour les grandes puissances complexes, on écrit le nombre sous forme exponentielle.
Question 15
Avant de calculer une grande puissance complexe, il faut simplifier le quotient.
Question 16
La somme \(1+\omega+\omega^2+\cdots+\omega^{n-1}\) est nulle lorsque \(\omega^n=1\) et \(\omega\ne1\).
Question 17
Pour une équation différentielle linéaire à coefficients constants, on commence par l’équation caractéristique.
L’équation différentielle est :
\[ y''-7y'+12y=0. \]Son équation caractéristique est :
\[ r^2-7r+12=0. \]On factorise :
\[ r^2-7r+12=(r-3)(r-4). \]Les racines sont donc :
\[ r_1=3, \qquad r_2=4. \]La solution générale est :
\[ f(x)=Ae^{3x}+Be^{4x}. \]La condition \(f(0)=0\) donne :
\[ A+B=0. \]Donc :
\[ B=-A. \]On dérive :
\[ f'(x)=3Ae^{3x}+4Be^{4x}. \]La condition \(f'(0)=1\) donne :
\[ 3A+4B=1. \]En remplaçant \(B\) par \(-A\) :
\[ 3A-4A=1. \]Donc :
\[ -A=1, \qquad A=-1. \]Ainsi :
\[ B=1. \]Finalement :
\[ f(x)=e^{4x}-e^{3x}. \]Question 18
La distance d’un point à un plan \(ax+by+cz+d=0\) s’obtient avec la formule standard du cours.
Question 19
Pour une aire entre deux courbes, on cherche d’abord les points d’intersection, puis on intègre la différence supérieure moins inférieure.
Question 20
Une tangente à un cercle est perpendiculaire au rayon au point de tangence ; on utilise donc le théorème de Pythagore.
Conseil aux élèves
Les questions du concours ENSA demandent de reconnaître rapidement les outils utiles : divisibilité, partie entière, limites usuelles, intégrales classiques, nombres complexes, distances dans l’espace et géométrie analytique.
Avant de choisir une réponse, il faut toujours vérifier les conditions : domaine de définition, signe, bornes de l’intégrale, forme du plan, ou période d’une puissance complexe.
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