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Niveau maths spé
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CAPES maths 1 2017

Posté par Profil Ramanujan 11-11-18 à 19:40

Bonsoir,

Je commence le sujet du CAPES de maths 1 2017. N'ayant pas de corrigé à disposition je sollicite votre aide.

Les éléments de \R^2 sont représentés par des vecteurs colonnes à 2 lignes. On note :

e_1 = \left( \begin{array}{c}
 \\ 1 \\
 \\ 0 \\
 \\ \end{array} \right) et e_2 = \left( \begin{array}{c}
 \\ 0 \\
 \\ 1 \\
 \\ \end{array} \right)
On appelle réseau l'ensemble \Z^2 \subset \R^2 et on le note R.

Soient B=(e_1 ' , e_2 ') une famille de vecteurs de \R^2. On dit que B est une \Z base de R si :
- e_1 ' , e_2 ' \in R
- Tout élément X de R s'écrit de façon unique X= a e_1 ' + b e_2 ' avec a,b \in \Z

1/ Soit C = (e_1,e_2) la base canonique de \R^2. Montrer que C est une  \Z base de R

Il est évident que e_1 , e_2 \in R car 1 et 0 sont des entiers.

C est une base de \R^2 donc tout élément de \R^2 s'écrit de façon unique sous la forme : X = ae_1 + be_2

Or R \subset \R^2 donc tout élément de R s'écrit sous la forme unique  X = ae_1 + be_2

Je voulais savoir si ma justification est bonne ?

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : CAPES maths 1 2017 11-11-18 à 20:32

Bonsoir,
Il faut lire l'énoncé : Où doivent être a et b ?

Posté par Profil Ramanujanre : CAPES maths 1 2017 11-11-18 à 20:43

J'ai X=ae_1 + be_2 avec a,b \in \R

Et je dois montrer que a,b \in \Z ... Ca m'a l'air évident car X \in R mais je sais pas comment le démontrer...

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : CAPES maths 1 2017 11-11-18 à 20:46

X est un couple ; donc écrire X avec deux lettres...

Posté par Profil Ramanujanre : CAPES maths 1 2017 11-11-18 à 21:07

X=a  \left( \begin{array}{c}
 \\ 1 \\
 \\ 0 \\
 \\ \end{array} \right)+ b  \left( \begin{array}{c}
 \\ 0 \\
 \\ 1 \\
 \\ \end{array} \right)  =  \left( \begin{array}{c}
 \\ a \\
 \\ b \\
 \\ \end{array} \right)

Mais X est un élément de R donc à coordonnées entières donc forcément a,b \in \Z

Pour la question suivante je comprends pas trop non plus, pour moi c'est juste un produit matriciel.

2/ Soient  e_1 ' = \left( \begin{array}{c}
 \\ a_1 \\
 \\ b_1 \\
 \\ \end{array} \right) et  e_2 ' = \left( \begin{array}{c}
 \\ a_2 \\
 \\ b_2 \\
 \\ \end{array} \right) deux vecteurs de \R^2

On note : A =\left[ {\begin{array}{cc}
 \\    a_1 & a_2 \\
 \\    b_1 & b_2 \\
 \\   \end{array} } \right]

Soit X \in \R^2 et x,y \in \R

Montrer que X = xe_1 ' + y e_2 ' si et seulement si : X=A \left( \begin{array}{c}
 \\ x \\
 \\ y \\
 \\ \end{array} \right)

Posté par
mousse42
re : CAPES maths 1 2017 11-11-18 à 21:16

Salut,

Question :

Si e_1'=e_1 et e_2'=2e_2 est-ce que (e_1',e_2') est une base de R ?

Posté par Profil Ramanujanre : CAPES maths 1 2017 11-11-18 à 21:31

Bah non car si je prends l'élément de R qui est : (1,3) il ne peut pas s'écrire de façon unique sous la forme a e_1 + 2b e_2 sinon ça voudrait dire qu'il existe un b \in \Z tel que 2b=3 ce qui est absurde.

Mais je vois pas trop le rapport.

Posté par
mousse42
re : CAPES maths 1 2017 11-11-18 à 22:01

Citation :
Il est évident que e_1 , e_2 \in R car 1 et 0 sont des entiers.

C est une base de \R^2 donc tout élément de \R^2 s'écrit de façon unique sous la forme : X = ae_1 + be_2

Or R \subset \R^2 donc tout élément de R s'écrit sous la forme unique  X = ae_1 + be_2

Je voulais savoir si ma justification est bonne ?


Si tu appliques ce raisonnement sur e_1' et e_2', ça ne marche pas, il me semble

Posté par
lafol Moderateur
re : CAPES maths 1 2017 11-11-18 à 22:22

Bonjour
pourquoi revenir là dessus alors que suite aux messages de Sylvieg, il a rectifié le tir ?

Posté par Profil Ramanujanre : CAPES maths 1 2017 11-11-18 à 22:30

Par contre la question 2 je comprends pas l'intérêt je dois juste faire le produit matriciel ?

Posté par
mousse42
re : CAPES maths 1 2017 11-11-18 à 22:30

désolé encore une fois lafol,

Posté par
lafol Moderateur
re : CAPES maths 1 2017 11-11-18 à 22:34

l'intérêt c'est de ne pas donner le CAPES à des gens qui ne savent même pas faire un produit de matrices ...

Posté par Profil Ramanujanre : CAPES maths 1 2017 11-11-18 à 23:03

Bon mon raisonnement est :

X=A \left( \begin{array}{c}
 \\ x \\
 \\ y \\
 \\ \end{array} \right) 	\Leftrightarrow  X = \left[ {\begin{array}{cc}
 \\    a_1 & a_2 \\
 \\    b_1 & b_2 \\
 \\   \end{array} } \right] \left( \begin{array}{c}
 \\ x \\
 \\ y \\
 \\ \end{array} \right)  \Leftrightarrow X =  \right] \left( \begin{array}{c}
 \\ a_1 x + a_2 y  \\
 \\ b_1 x + b_2 y \\
 \\ \end{array} \right)

 \Leftrightarrow X= \right] \left( \begin{array}{c}
 \\ a_1 x   \\
 \\ b_1 x \\
 \\ \end{array} \right) + \right] \left( \begin{array}{c}
 \\  a_2 y  \\
 \\  b_2 y \\
 \\ \end{array} \right)   \Leftrightarrow X = x e_1 ' + y e_2 '

Posté par
mousse42
re : CAPES maths 1 2017 11-11-18 à 23:09

Citation :
Montrer que X = xe_1 ' + y e_2 ' si et seulement si : X=A \left( \begin{array}{c}
 \\ x \\
 \\ y \\
 \\ \end{array} \right)


Tu as deux implications à montrer dont une qui est triviale et l'autre aussi...

(\implies )

Calcul X=B\begin{pmatrix} x\\y\end{pmatrix} et montre que B=A par identification en utilisant X = xe_1 ' + y e_2 '

pour l'autre c'est simple

Posté par Profil Ramanujanre : CAPES maths 1 2017 11-11-18 à 23:21

Et travailler directement par équivalence comme j'ai fait c'est faux ?

Posté par
mousse42
re : CAPES maths 1 2017 11-11-18 à 23:24

non, c'est mal rédigé je pense :

\begin{pmatrix}a_1x+a_2y\\b_1x+b_2y\end{pmatrix}=(a_1x+a_2y)e_1 +(b_1x+b_2y)e_2=x(a_1e_1+b_1e_2)+y(a_2e_1+b_2e_2)=xe_1'+ye_2'

Posté par
mousse42
re : CAPES maths 1 2017 11-11-18 à 23:31

si c'est correct ce que tu as écrit

Posté par Profil Ramanujanre : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 00:16

D'accord

3/ On suppose dans cette question que (e_1 ' , e_2 ') est une \Z base de R

a/ Montrer que (a_1,a_2,b_1,b_2) \in \Z^4

D'après la définition d'un Z-base :
e_1 ' = \left( \begin{array}{c}
 \\ a_1\\
 \\ b_1 \\
 \\ \end{array} \right) \in R et e_2 ' = \left( \begin{array}{c}
 \\ a_2\\
 \\ b_2 \\
 \\ \end{array} \right) \in R
D'où le résultat

b/ Montrer qu'il existe (x_1,x_2,y_1,y_2) \in \Z^4 tel que :

x_1 e_1 ' + y_1 e_2 ' = e_1 et x_2 e_1 ' + y_2 e_2 ' = e_2


D'après la définition d'une Z-base, il existe a,b \in \ZX= ae_1 ' + be_2 '

Et là je bloque.

Posté par
lafol Moderateur
re : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 00:35

tu bloques parce que tu n'as pas pensé à présenter X dans ce que tu as écrit

Posté par
mousse42
re : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 00:51

c'est bizarre mais si (e_1',e_2') est une \mathbb{Z} base de R

On déduit que pour tout x de R, il existe a,b\in \mathbb{Z} tel que x=ae_1'+be_2'

et puisque e_1, e_2\in R et on conclut.

Mais ça me paraît trop simple, il  a un truc que je n'ai pas compris....

Où alors on ne dit rien sur (e_1',e_2'), et on a comme hypothèse pgcd(a_1,a_2)=1....

Posté par Profil Ramanujanre : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 01:04

J'ai pas compris l'indication.

Posté par Profil Ramanujanre : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 01:08

La question 3b j'y arrive pas. Je comprends pas d'où sortent les x_1 , x_2 , y_1 , y_2

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 08:07

Bonjour,
Franchement, cet énoncé en morceaux de miettes est des plus agaçant.
Trouver où sont définis e'1 et e'2 nécessite une recherche fastidieuse.
Pour accéder au sujet :
Il doit bien exister un corrigé quelque part.

Posté par Profil Ramanujanre : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 08:16

Y a que le corrigé du problème 2.

Mais le problème 1 y a pas grand chose. J'ai trouvé un texte avec des indications mais la question où je bloque y a écrit "évident"... Puis c'est très mal expliqué.

Posté par
carpediem
re : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 08:52

salut

il faut dire que le sujet est tellement élémentaire ...

Posté par
mousse42
re : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 08:55

Ramanujan,

Donc je dois avoir raison, puisque (e_1',e_2') est une Z base de R, c'est donc une famille génératrice de R
 \\
Donc pour tout X\in R, il existe x_1,y_1\in \mathbb{Z} tels que X=x_1e_1'+y_1e_2'

Et puisque e_1,e_2\in R il existe bien x_1,x_2,y_1y_2\in \mathbb{Z} tels que

e_1=x_1e_1'+y_1e_2'\;    et     \;e_2=x_2e_1'+y_2e_2'

Posté par Profil Ramanujanre : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 17:57

carpediem @ 12-11-2018 à 08:52

salut

il faut dire que le sujet est tellement élémentaire ...


Oui ça correspond à mon niveau actuel, faire des choses élémentaires est mieux pour moi.

Le jour où j'aurais un niveau solide, je ferai des sujets de Centrale/Mines, Agreg interne.

Posté par Profil Ramanujanre : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 18:07

Merci Mousse je viens de comprendre

La question suivante :

Soit B= \left[ {\begin{array}{cc}
 \\    x_1 & x_2 \\
 \\    y_1 & y_2 \\
 \\   \end{array} } \right]

Montrer que AB = I_2

J'ai fait : AB= \left[ {\begin{array}{cc}
 \\    a_1 & a_2 \\
 \\    b_1 & b_2 \\
 \\   \end{array} } \right] \left[ {\begin{array}{cc}
 \\    x_1 & x_2 \\
 \\    y_1 & y_2 \\
 \\   \end{array} } \right] =  \left[ {\begin{array}{cc}
 \\    a_1 x_1 + a_2 y_2&  a_1 x_2 + a_2 y_2 \\
 \\    b_1 x_1 + b_2 y_1 & b_1 x_2 + b_2 y_2 \\
 \\   \end{array} } \right]

J'ai pas d'idées pour continuer

Posté par
mousse42
re : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 18:22

Salut

As-tu étudié les matrices de passage ou matrice de changement de base

Pour la question qui suit tu dois connaître quelques propriétés sur le déterminant.

Posté par Profil Ramanujanre : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 18:40

Oui mais qui nous dit que (e_1 ' , e_2 ') est une base de \R^2 ?

Si on le démontre pas on peut pas utiliser la matrice de passage...

Posté par
lionel52
re : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 18:44

Rappel  e1 = (1,0) et e2 = (0,1)

Posté par
mousse42
re : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 18:51

Sinon tu peux faire ceci :

e_1=x_1e_1'+y_1e_2'=x_1(a_1e_1+b_1e_2)+y_1(a_2e_1+b_2e_2)=(x_1a_1+y_1a_2)e_1+(x_1b_1+y_1b_2)e_2

Posté par
mousse42
re : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 18:58

et je pense que si $(e_1',e_2')$ est une base de $\mathbb{Z}^2$ alors c'est une base de \mathbb{R}^2 par contre la réciproque ne marche pas

Posté par
mousse42
re : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 18:59

correction :
et je pense que si (e_1',e_2') est une base de \mathbb{Z}^2 alors c'est une base de \mathbb{R}^2 par contre la réciproque ne marche pas

Posté par Profil Ramanujanre : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 19:10

mousse42 @ 12-11-2018 à 18:51

Sinon tu peux faire ceci :

e_1=x_1e_1'+y_1e_2'=x_1(a_1e_1+b_1e_2)+y_1(a_2e_1+b_2e_2)=(x_1a_1+y_1a_2)e_1+(x_1b_1+y_1b_2)e_2


Ah bien vu ça marche bien avec cette méthode on calcule les coordonnées des 2 colonnes de la matrice AB.
AB_{e_1} = e_1
AB_{e_2} = e_2

Par contre j'ai des doutes sur ma rédaction

Posté par
mousse42
re : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 19:18

Si tu notes C les colonnes de AB tu as C_1=e_1 et C_2=e_2

Posté par Profil Ramanujanre : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 21:50

Merci Mousse !
Ensuite il faut montrer que : det(A) \in \{-1 ,1 \}

Je fais :  \det(AB) = \det(A) \det(B) = 1

Or \det(A) \in \Z et det(B) \in \Z donc : il faut trouver les entiers n,m qui vérifient : n \times m = 1 forcément : n=1 et m=1 ou m=1 et n=-1

C'est juste ?

Posté par
mousse42
re : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 22:17

oui ça à l'air juste (à part une petite coquille je pense) sinon c'est  (m,n)\in \{(1,1), (-1,-1)\}

Tu devrais ajouter dans tes justifications que  \det(AB) = \det(A) \det(B) = \det(I)=1

Posté par Profil Ramanujanre : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 22:50

D'accord

On suppose dans cette question que (a_1,a_2,b_1,b_2) \in \Z^4 et que \det(A) \in \{-1,1\}

Montrer que A est inversible et que les coefficients de A^{-1} sont tous des entiers relatifs.
Montrer que (e_1 ' ,e_2 ') est une \Z base de R

J'ai fait :

\det(A) \ne 0 donc A est inversible.

A^{-1} = \dfrac{1}{\det(A)} ^t {com(A)}

D'où : A^{-1} =  \left[ {\begin{array}{cc}
 \\     \dfrac{b_2}{a_1b_2 - a_2b_1} &  -\dfrac{a_2}{a_1b_2 - a_2b_1} \\
 \\    - \dfrac{b_1}{a_1b_2 - a_2b_1} &  \dfrac{a_1}{a_1b_2 - a_2b_1} \\
 \\   \end{array} } \right]  

Je vois pas comment montrer que les coefficients de A^{-1} sont entiers...

Posté par
lionel52
re : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 22:59

Ramanujan....

Tu as pensé à utiliser la formule de la Comatrice c'est TRES BIEN
Comment tu peux t'arrêter en si bon chemin sérieusement, ça saute aux yeux

Posté par
lafol Moderateur
re : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 23:00

heureusement qu'on sait que dét(A) vaut 1 ou -1 ....

Posté par Profil Ramanujanre : CAPES maths 1 2017 12-11-18 à 23:24

Ah oui je suis bête

A^{-1} =  \pm \left[ {\begin{array}{cc}
 \\     b_2  &  -a_2\\
 \\    - b_1 &  a_1 \\
 \\   \end{array} } \right]  

D'où le résultat les coefficients sont entiers.

Je bloque sur la suite.

Montrer que : (e_1 ' ,e_2 ') est une \Z base de R

Posté par Profil Ramanujanre : CAPES maths 1 2017 13-11-18 à 00:59

Je pense avoir trouvé

Il est évident que e_1 ' \in R et que  e_2 ' \in R.

Soit X \in R \subset \R^2. Prenons : Y = A^{-1} X = \left( \begin{array}{c}
 \\ x \\
 \\ y \\
 \\ \end{array} \right)

D'après la question 2 : X = x e_1 ' + y e_2 'x,y \in \R

Montrons que x,y \in \Z

A^{-1} est à coefficients entiers et X aussi par définition donc par produit Y est à coefficients entiers et x,y \in \Z

Montrons l'unicité de x,y

Soit :  Y'= \left( \begin{array}{c}
 \\ x' \\
 \\ y' \\
 \\ \end{array} \right)

AY' = AY  \Leftrightarrow A^{-1} A Y' = A^{-1} AY \Leftrightarrow Y' = Y \Leftrightarrow x=x' \\ y=y'

D'où l'unicité.

On a montré : \forall X \in R , \exists (x,y) \in \Z^2 : X=x e_1 ' + y e_2 '

Posté par
mousse42
re : CAPES maths 1 2017 13-11-18 à 08:59

Salut
Je ne comprends rien à ce que tu dis. Il faut que tes démonstrations soient claires ....

Si on note  [X]_{(e)} les coordonnées de X\in R, dans la base (e_1,e_2)

Tu dois montrer que  \forall X\in R, \exists! p,q\in \mathbb{Z} ,\quad  X=pe_1'+qe_2'

L'objectif est de prendre X exprimé dans la base (e) (cette expression est unique) ,et de l'exprimer dans la base (e')  et de constater l'unicité.

[X]_{(e')}=A^{-1}[X]_{(e)}

On prend X quelconque dans R tel que [X]_{(e)}=\begin{pmatrix} m\\n\end{pmatrix}

\begin{pmatrix} b_2&-a_2\\-b_1&a_1\end{pmatrix}\cdot\begin{pmatrix} m\\n\end{pmatrix}=\begin{pmatrix} mb_2-na_2\\-mb_1+na_1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix} p\\q\end{pmatrix}=[X]_{(e')}=pe_1'+qe_2' avec p,q\in \mathbb{Z}  et l'unicité provient de l'unicité des coefficients de A^{-1}

Posté par Profil Ramanujanre : CAPES maths 1 2017 13-11-18 à 09:33

Mousse je vois pas ce qui est faux dans mon raisonnement.

J'ai utilisé la question II/1 : X=A \left( \begin{array}{c}
 \\ x\\
 \\ y \\
 \\ \end{array} \right) si et seulement si X=x e_1 ' + y e_2 '

En prenant : \left( \begin{array}{c}
 \\ x\\
 \\ y \\
 \\ \end{array} \right) = A^{-1} X on a bien : A\left( \begin{array}{c}
 \\ x\\
 \\ y \\
 \\ \end{array} \right) = A A^{-1} X = X

Vous utilisez que (e_1 ' , e_2 ') est une base de \R^2 pour faire le changement de base mais vous l'avez pas démontré ....

Posté par Profil Ramanujanre : CAPES maths 1 2017 13-11-18 à 09:37

Sinon vous utilisez la formule de changement de base :

X=AX' Soit A^{-1} X = X'

Posté par
mousse42
re : CAPES maths 1 2017 13-11-18 à 10:11

oui, tu as raison :

j'ai fait une erreur

C'est [X]_{(e')}=A[X]_{(e)} et non [X]_{(e')}=A^{-1}[X]_{(e)}

Posté par
mousse42
re : CAPES maths 1 2017 13-11-18 à 10:19

j'ai l'impression que je viens de dire une grosse bêtise  :

Citation :
\begin{pmatrix} b_2&-a_2\\-b_1&a_1\end{pmatrix}\cdot\begin{pmatrix} m\\n\end{pmatrix}=\begin{pmatrix} mb_2-na_2\\-mb_1+na_1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix} p\\q\end{pmatrix}=[X]_{(e')}=pe_1'+qe_2' avec p,q\in \mathbb{Z}  et l'unicité provient de l'unicité des coefficients de A^{-1}


Posté par
mousse42
re : CAPES maths 1 2017 13-11-18 à 11:00

Voici pour me rattrapper, une solution bien argumentée
Puisque on a [X]_{(e')}=A[X]_{(e)} (question 2.1) et A inversible, on a l'unicité de [X]_{(e')}=\begin{pmatrix}p\\q\end{pmatrix}

Les coefficients de A et de [X]_{(e)} sont dans \mathbb{Z}, on déduit que les coefficients de [X]_{(e')} sont dans  \mathbb{Z}

Posté par
mousse42
re : CAPES maths 1 2017 13-11-18 à 13:47

je m'embrouille complétement dans ces matrices,

mousse42 @ 13-11-2018 à 08:59

Salut
Je ne comprends rien à ce que tu dis. Il faut que tes démonstrations soient claires ....

Si on note  [X]_{(e)} les coordonnées de X\in R, dans la base (e_1,e_2)

Tu dois montrer que  \forall X\in R, \exists! p,q\in \mathbb{Z} ,\quad  X=pe_1'+qe_2'

L'objectif est de prendre X exprimé dans la base (e) (cette expression est unique) ,et de l'exprimer dans la base (e')  et de constater l'unicité.

[X]_{(e')}=A^{-1}[X]_{(e)}

On prend X quelconque dans R tel que [X]_{(e)}=\begin{pmatrix} m\\n\end{pmatrix}

\begin{pmatrix} b_2&-a_2\\-b_1&a_1\end{pmatrix}\cdot\begin{pmatrix} m\\n\end{pmatrix}=\begin{pmatrix} mb_2-na_2\\-mb_1+na_1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix} p\\q\end{pmatrix}=[X]_{(e')}=pe_1'+qe_2' avec p,q\in \mathbb{Z}  et l'unicité provient de l'unicité des coefficients de A^{-1}


Je pense que c'est correct ce que j'ai écrit, simplement que puisque tu as montré que :

A[X]_{(e')}=[X]_{(e)} (question 2.1) et A est inversible on déduit que [X]_{(e')}=A^{-1}[X]_{(e)}=\begin{pmatrix}p\\q\end{pmatrix}

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