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Annale · 2024★★★Niveau moyenSession du 16 avril 2024· 2 016 candidats

Maths B X-ENS MP 2024 — sujet, corrigé et rapport jury

Sujet en 4 parties autour du théorème de Floquet (1883) pour les EDL périodiques. Moyenne 9.66, σ=3.79 sur 2016 candidats. Sujet, corrigé Hadamard et synthèse rapport jury.

Mohamed K.

Mohamed K.

Centralien · MPSI puis MP · Recherche ML santé

Aperçu rapide

Difficulté

★★★Niveau moyen

Moyenne

9.66/20

Top 25%

12.2

Présents

2 016

Top piège du sujet : Survoler le sujet en grappillant les points faciles

Statistiques jury

Comment les candidats s'en sont sortis

Notes brutes officielles publiées par le jury — non harmonisées.

Moyenne

9.66

Médiane

9.7

Écart-type

3.79

Q1 (25%)

7.1

Q3 (75%)

12.2

Candidats présents

2 016

Analyse

Ce qu'a observé le jury

Synthèse Hadamard du rapport officiel — citations, chiffres et conseils du jury.

Présentation du sujet

Sujet en 4 parties autour du théorème de Floquet (1883) pour les EDL périodiques. Partie I (indépendante) : cas n=2 voilé via y''+qy=0 avec q T-périodique, démontre Floquet dans ce cas. Partie II : démonstration originale du théorème d'inversion locale via minimisation et compacité. Partie III : surjectivité de l'exponentielle matricielle exp:M_n(ℂ)→GL_n(ℂ) par connexité + TIL. Partie IV : preuve du théorème 1 (Floquet) et application au théorème 2 (existence solutions…

Structure de l'épreuve

  1. Partie IPartie I — Cas particulier n=2 (Floquet voilé via y''+qy=0)(Q1-Q4)Niveau attendu

    Existence et unicité de solutions y₁, y₂ vérifiant des conditions initiales données. Wronskien constant. Q4a démontre Floquet pour ce cas. Q4b traite le théorème 2. Indépendante des autres parties.

  2. Partie IIPartie II — Théorème d'inversion locale (TIL) par compacité(Q5-Q10)Difficile

    Démonstration originale du TIL : préimage d'un point y₀ obtenue en minimisant ‖y₀ − f(x)‖². Utilise compacité, critère différentiel d'extremum, inégalité des accroissements finis. f|_V en réalité un C¹-difféomorphisme (non demandé). Q3, 6a, 7b clés pour la suite.

  3. Partie IIIPartie III — Surjectivité de exp:M_n(ℂ)→GL_n(ℂ)(Q11-Q15)Très difficile

    Démonstration que exp surjective sur GL_n(ℂ) par argument de connexité utilisant le TIL. Astuce : montrer d'abord que exp_A : ℂ[A] → ℂ[A]∩GL_n(ℂ) est surjective (commutativité ⇒ exp_A(M+N)=exp_A(M)·exp_A(N)). Caractère C¹ de exp_A (Q11b). Structures de groupes topologiques.

  4. Partie IVPartie IV — Théorème de Floquet (preuve générale) et solutions périodiques(Q16-Q22)Très difficile

    Démonstration du théorème 1 (Floquet) via la surjectivité (Partie III) + décomposition de Chevalley-Dunford. Base de solutions périodiques × exponentielle × polynôme. Théorème 2 démontré à Q20. Cas inhomogène (avec second membre) Q21. Exemple n=2 avec matrices A(t) commutant deux à deux (Q22).

Analyse globale du jury

« Sujet sur les EDL périodiques et le théorème de Floquet (1883). Sujet balayant largement le programme : EDO, calcul différentiel, réduction, exponentielle matricielle. Questions de simple vérification (1a, 1b, 2, 8a) cohabitent avec questions demandant hauteur de vue et prise d'initiative (3, 4a, 6a, 8b, 11a, 11b, 15). Maintien du niveau des candidats par rapport aux années antérieures. Sujet plus original mais pas plus difficile. Bon nombre de copies rédigées de manière convenable. MP : 2016 copies, moyenne françaises 9,66/20 (σ=3,79). MPI : 286 copies, 9,09/20 (σ=3,65). Toutes nationalités MP : 9,14/20 (σ=3,92). »

Top pièges sanctionnés

  • Survoler le sujet en grappillant les points faciles-3 pts

    « Il est préférable de s'attacher à traiter correctement plusieurs questions consécutives et parmi elles des questions plus difficiles, plutôt que d'essayer de survoler toutes les parties et de tenter de « grappiller » des points sur les questions les plus faciles. Le barème est établi de sorte qu'une telle stratégie est forcément vouée à l'échec. »

  • Sauter une question sans vérifier les hypothèses du résultat utilisé plus tard-1 pts

    « Il est en revanche tout à fait autorisé de 'sauter' une question que l'on ne serait pas parvenu à résoudre, puis d'en utiliser le résultat plus tard. Il faut alors veiller à ne pas oublier de vérifier soigneusement toutes les hypothèses requises pour appliquer ces 'boîtes noires'. »

  • Oublier les vérifications triviales (Q8a) — cumul de points perdus par exhaustivité-1 pts

    « L'usage d'un brouillon est indispensable afin de ne présenter sur sa copie que les étapes essentielles d'un raisonnement ou d'un calcul et de ne pas y faire figurer des arguments faux ou trop incomplets. Rajoutons que même les vérifications triviales (comme celles de la q. 8a) doivent être évoquées, même rapidement, par souci d'exhaustivité. »

  • Copies illisibles — graphie microscopique → points non attribués-2 pts

    « Nous rencontrons trop de copies remplies de ratures et/ou parfaitement illisibles du fait d'une graphie microscopique et/ou indéchiffrable. Dans les cas où malgré tous nos efforts de déchiffrage, certaines parties du texte restent incompréhensibles pour le correcteur, et dans le doute, les points ne sont pas attribués. »

Chapitres clés à maîtriser

Équations différentielles linéaires (Cauchy-Lipschitz, structure d'espace)
Calcul différentiel (différentielles, TIL, IAF)
Réduction des endomorphismes (Cayley-Hamilton, Chevalley-Dunford)
Exponentielle matricielle et groupe GL_n(ℂ)
Topologie (compacité, connexité, ouverts)

Ressources

Téléchargements

Sujet officiel, corrigé Hadamard et rapport jury — tout en un endroit.

FAQ

Questions fréquentes — 2024

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