Parcourir les exercices

Programme de mathématiques BCPST, première année · semestre 1

Outils 5 – Méthodes de calcul

Rechercher dans cette partie du programme
146 exercices
Texte officiel du programme

L’objectif de ce chapitre est de mettre en place quelques principes et exemples de maniement des symboles $\Sigma$ et $\Pi$, dont les usages sont constants. La présentation des coefficients binomiaux peut être faite dans ce contexte ou bien en lien avec le dénombrement.

On travaille dans $\mathbb{K} = \mathbb{R}$ ou $\mathbb{C}$.

⇌ La plupart des formules présentées ici peuvent donner lieu à des algorithmes de calcul.

ContenusCapacités et commentaires
Notation $\sum$.
On précise qu’une somme ayant un ensemble d’indices vide est nulle.
Règles de calcul sur le symbole $\sum$ :
Linéarité, changements d’indices (translations et symétries), télescopages.
Sommes doubles : $\displaystyle\sum_{\substack{1 \leq i \leq n \\ 1 \leq j \leq m}} a_{i,j}$ et $\displaystyle\sum_{1 \leq i \leq j \leq n} a_{i,j}$.
Les attendus du programme se limitent au maniement de ces symboles conduisant à les mettre sous la forme de deux sommes simples successives.
Notation $\prod$.
On précise qu’un produit ayant un ensemble d’indices vide vaut 1.
Règles de calcul sur le symbole $\prod$.
On se contente de mettre en valeur la multiplicativité du symbole $\prod$.
Factorielle, notation $n!$.
Somme de termes consécutifs d’une progression géométrique : $\displaystyle\sum_{0 \leq k \leq n} q^k = \frac{q^{n+1} - 1}{q - 1}$.
Sommes des $n$ premiers entiers et des $n$ premiers carrés.
La raison $q$ est dans $\mathbb{C} \setminus \{1\}$.
Coefficients binomiaux.
On adopte la définition suivante :
$\displaystyle\binom{n}{k} = \begin{cases} 0 & \text{si } k < 0 \text{ ou } k > n \\ \dfrac{n(n-1)\cdots(n-k+1)}{k!} = \dfrac{n!}{k!(n-k)!} & \text{sinon.} \end{cases}$
Triangle de Pascal.
Formule du binôme.
On met en valeur les formules :
$\displaystyle\binom{n}{k} = \binom{n}{n-k} \qquad \binom{n}{k} = \frac{n}{k}\binom{n-1}{k-1}$
$\displaystyle\binom{n}{k-1} + \binom{n}{k} = \binom{n+1}{k}$
L1 Analyse Propriétés de R solution

Des calculs

Soit \(n\) un entier naturel non nul. Calculer les sommes suivantes :

  • ...

L1 Analyse Propriétés de R solution

Des factorisations sympathiques

Soient \(x\) et \(y\) deux réels.

L1 Analyse Propriétés de R solution

Des produits

Soit \(n\) un entier naturel non nul. Calculer les produits suivants : ...

L1 Algèbre Dénombrement solution

Des sommes combinatoires plus difficiles

Soit \(n\) un entier naturel non nul. Calculer les sommes suivantes : ...

L1 Analyse Propriétés de R solution

Des sommes doubles

Soit \(n\) un entier naturel non nul. Déterminer les sommes suivantes :

L1 Analyse Propriétés de R solution

Des sommes plus compliquées

Soit \(n\) un entier naturel non nul. Calculer les sommes suivantes : ...

L2 Algèbre Espace euclidien, espace normé

exo7 1463

Soit \(E = \Rr_{n}[X]\). Montrer que ...

L2 Algèbre Espace euclidien, espace normé

exo7 1465

Soient \(a_{1}, \ldots, a_{n},b_{1}, \ldots, b_{n}, c_{1}, \ldots, c_{n}\) des réels positifs.
Montrer que ...

L1 Algèbre Logique, ensemble, raisonnement solution

exo7 153

Montrer :

L1 Algèbre Logique, ensemble, raisonnement

exo7 170

Démontrer par récurrence: \[\sum_{k=0}^n k = \frac{n(n+1)}{2}\]

L1 Algèbre Logique, ensemble, raisonnement

exo7 174

Soit \(n\in\mathbb{N}\); montrer que pour tout entier \(k\geq 1\) on a ...

L1 Algèbre Logique, ensemble, raisonnement

exo7 183

Pour \(p \in \left\{ 1, 2, 3\right\}\) on note ...

L1 Algèbre Logique, ensemble, raisonnement

exo7 184

Pour calculer des sommes portant sur deux indices, on a intérêt à représenter la zone du plan couverte par ces indices et à sommer en ...

L3 Topologie Autre

exo7 1866

Soient \((a_i)_{1\leq i\leq n}\) et \((b_i)_{1\leq i\leq n}\) deux familles de ...

L1 Analyse Série numérique solution

exo7 1938

Calculer les sommes des séries suivantes, en montrant leur convergence :

L2 Analyse Série de Fourier

exo7 1950

Soit \(f\) une fonction intégrable au sens de Riemann périodique de période ...

L1 Algèbre Nombres complexes solution

exo7 20

Soit \(z\) un nombre complexe de module \(\rho\), d’argument ...

L1 Algèbre Nombres complexes solution

exo7 21

Soient \(\alpha\) et \(\beta\) deux nombres réels. Mettre le nombre complexe ...

L3 Théorie des groupes Ordre d'un élément

exo7 2101

On dispose d’un échiquier et de dominos. Les dominos sont posés sur l’échiquier soit horizontalement, soit verticalement de façon à couvrir deux ca ...

L1 Algèbre Dénombrement solution

exo7 220

En utilisant la fonction \(x\mapsto(1+x)^n\), calculer : ...

L1 Algèbre Dénombrement

exo7 221

Démontrer que \(C_n^kC_{n-k}^{p-k}=C_p^kC_n^p\) (pour \(0\le k \le p \le n\)). En ...

L1 Algèbre Dénombrement solution

exo7 222

En utilisant la formule du binôme, démontrer que :

L1 Algèbre Dénombrement

exo7 223

Démontrer que \(C_n^p=C_{n-1}^p+C_{n-1}^{p-1}\) pour \(1\le p \le n-1\).

L1 Algèbre Dénombrement

exo7 224

Montrer que, pour \(p\) et \(n\) entiers naturels non nuls tels que ...

L1 Algèbre Dénombrement

exo7 225

Montrer que: \[\sum_{k=0}^{p} C_n^kC_{n-k}^{p-k}= 2^pC_n^p ,\] où \(p\) et ...

L1 Algèbre Dénombrement

exo7 226

Soient \(n\), \(p\) et \(q\) des entiers naturel ...

L1 Algèbre Dénombrement

exo7 227

Soient \(m,n\in\Nn^*\) et \(p\in\Nn\). En utilisant la formule du binôme, démontr ...

L1 Algèbre Dénombrement solution

exo7 228

En utilisant la formule du binôme montrer : ...

L1 Algèbre Dénombrement solution

exo7 229

Calculer le module et l’argument de \((1+i)^n\). En déduire les valeurs de ...

L1 Algèbre Dénombrement solution

exo7 230

Démontrer les formules suivantes :

L1 Algèbre Dénombrement

exo7 233

En utilisant la formule du binôme de Newton, montrer que \(\sum\limits_{k = 0}^n (-1)^k C_n^k = 0\). En déduire la ...

L1 Algèbre Dénombrement

exo7 234

Soient \(0 \leq p \leq n\).

L2 Algèbre Arithmétique solution

exo7 2658

Le but de cet exercice est de montrer que \[\forall n\geq3 \quad \pi(2n+1)\geq \ln2\times{2n+1 \over \ln(2n+1)}\] ...

L2 Géométrie Géométrie affine dans le plan et dans l'espace

exo7 2698

Soit \(ABC\) un triangle équilatéral de côté unité et \(T_0\) son intérieur. On c ...

L1 Analyse Série numérique

exo7 2725

Justifier la convergence et calculer les sommes des séries suivantes ...

L1 Algèbre Dénombrement solution

exo7 2900

Calculer \(\sum_{k=0}^n\, kC_n^k\) et \(\sum_{k=0}^n \frac{C_n^k}{k+1}\).

L1 Algèbre Dénombrement solution

exo7 2901

Soient \(n,p \in \N^*\) avec \(n \ge p\).

L1 Algèbre Dénombrement solution

exo7 2902

Soient \(n,p \in \N^*\). Simplifier \(\sum_{k=0}^p\,(-1)^kC_n^k\).

L1 Algèbre Dénombrement solution

exo7 2903

Soit \(E\) un ensemble fini de cardinal \(n\). Calculer ...

L1 Algèbre Dénombrement solution

exo7 2904

Soit \(n \in \N\). Calculer \(\displaystyle\sum_{i+j=n}ij\) et ...

L1 Algèbre Dénombrement solution

exo7 2905

Soient \(n,p \in \N\). On note \(\Gamma_n^p\) le nombre de ...

L1 Algèbre Dénombrement

exo7 2906

Soient \(n,p \in \N\). Montrer que \(\sum_{k=0}^n C_{p+k}^p = C_{p+n+1}^{p+1}\). ...

L1 Algèbre Dénombrement solution

exo7 2907

Soit \(n \in \N\) fixé. Déterminer pour quelle valeur de ...

L1 Algèbre Dénombrement

exo7 2908

Soit \(p \in \N^*\), et \(n = 2^p\).

L1 Algèbre Dénombrement

exo7 2909

Soient \(a,b,c \in \N\). Démontrer que ...

L1 Algèbre Dénombrement

exo7 2910

Soit \((x_n)\) une suite de réels. On pose ...

L1 Algèbre Dénombrement

exo7 2911

Soit \(u_n = \sum_{p=0}^n C_{n-p}^p\). Montrer que \(u_0 = u_1 = 1\) et : ...

L1 Algèbre Nombres complexes solution

exo7 2944

Simplifier \(x = \prod_{p=2}^n\frac {p^3-1}{p^3+1}\) en utilisant \(1,j,j^2\). ...

L1 Algèbre Nombres complexes solution

exo7 2951

A l’aide de formules du binôme, simplifier :

L1 Algèbre Nombres complexes solution

exo7 2956

Résoudre en \(x\) : ...