(2024 : 214 - Théorème d'inversion locale, théorème des fonctions implicites. Illustrations en analyse et en géométrie.)
Les deux théorèmes fondamentaux auxquels cette leçon est consacrée offrent une belle utilisation de la complétude, qu'il conviendra d'évoquer. La démonstration de l'un de ces deux théorèmes peut parfaitement faire l'objet d'un des deux développements. On pourra par exemple mettre en pratique, sur des exemples bien choisis, le théorème des fonctions implicites au moins dans le cas de deux variables réelles, pour enrichir le plan avec profit. Des applications significatives aussi bien en analyse qu'en géométrie sont attendues : problèmes d'optimisation sous contraintes (inégalité de Hölder, inégalité d'Hadamard, etc), régularité des racines d'un polynôme en fonction des coefficients, etc. La méthode des multiplicateurs de Lagrange a bien évidemment toute sa place dans cette leçon, à condition qu'elle soit illustrée par des exemples. L'interprétation de l'énoncé en termes d'espace tangent est visuellement éclairante et permet d'éviter les éventuelles confusions résultant de raisonnements purement matriciels. Les candidates et candidats solides peuvent s'intéresser à l'étude locale d'applications suffisamment régulières (submersions, immersions, théorème du rang constant, lemme de Morse), au lemme de Sard, ainsi qu'aux sous-variétés de $R^n$. 215 : Applications différentiables définies sur un ouvert de $R^n$. Exemples et applications. L'idée de départ de cette leçon est qu'une fonction suffisamment régulière se comporte localement comme une application linéaire. De nombreuses différentielles usuelles (notamment issues de l'algèbre linéaire) peuvent ainsi être obtenues en calculant directement un développement limité. Des exemples significatifs en dimension 2 et 3 pourront venir illustrer la différence fondamentale avec la dimension 1. Les dérivées partielles, lorsqu'elles existent, pourront clarifier l'expression de nombreuses différentielles ainsi que la règle de la chaîne. Les candidates et candidats solides peuvent s'intéresser la notion de différentielle seconde pour les fonctions de classe $C^2$, à la différentielle de l'exponentielle matricielle, ainsi qu'aux points où celle- ci est un difféomorphisme local, aux fonctions harmoniques et à leurs propriétés élémentaires, à la caractérisation des fonctions holomorphes et son interprétation géométrique. Pour ce qui concerne les applications, de nombreux thèmes relatifs aux leçons 214 ou 219 sont ici appropriés.
Pas de réponse fournie.
Pas de réponse fournie.
Je commence la préparation en choisissant Fourier, je fais 20mn de préparation, puis je choisi de changer puisque je me rendais compte que je ne voulais pas me prendre des questions sur le Tore, puis Stone-Weierstrass etc.. Puis je maitrisais pas à 100% bien mon plan et les résultats.
Donc je choisi de commencer le plan de la seconde leçon. Plan assez classique, une partie sur les
I) difféeomorphismes
II) TIL + appli
a) Enocnés des résultats (TIL+TIL C^k(mdr oui il faut remplir) + TI Global)
b) Application: aa) Changement de variables pour les intégrales
bb) Fonction dont la différentielle en tout point est une isométrie (Dev 1)
III) TFI + appli
TFI +ex du cercle + en rqe le cas C^k + une application à la determination de la tangente (au point où c’est OK) du Foliüm de Descarte
IV) Sous-variété de R^n
1. Généralité: Def, cas extrême, TH des sous-variété, ex: On, Sen
2. Plan tangent: Def, ev de dim même que la sous-variété, caractérisation par les submersion, ex (T_In(O_n)=An, T_In(SL_n)=matrice de trace nulle)
3. Extrema lié: bla bla bla
Dev 2: une implication du th des sous-variété (celle qui utilise le TIL histoire que ça justifie la leçon), puis quelques une des props pour extrema lié (et bien-sûr extrema lié).
Pour la préparation: coup de stress comme j’avais perdu 20mn, j’arrive à finir mon plan en 1H30-1h40, donc il me reste à peine 1h pour préparer les des: donc ça va comme je les connaissais bien.
Oral: Trois jury: 2hommes, 1femme
Je fais ma présentation de plan (en speedant sur la fin mdr).
Ils choisissent Extrema lié (youpiiiiiii). Je fais le développement en speedant sur le début par le stress, donc je le fini en 13mn (bruh), mais bon voilà.
Au début on me demande d’éclaircir le début de la preuve (comme j’étais aller un chouya vite), mais c’était pour être sur. Durant la preuve j’avais expliqué le pourquoi on passer la les vecteurs tangent, car le fait d’avoir un extrema lié nous permet pas d’avoir de condition sur l’extremum direct avec la différentiel, car on minimise pas nécessairement sur un ouvert, donc pas de condition d’Euler, mais bon ils m’ont demandé de ré-expliquer un peu ce truc là.
Après on m’a parlé de l’unicité des multipicateurs, je ne l’avais pas mis, et franchement je ne savais pas trop, le jury me dit "on les appelles LES multiplicateurs de Lagrange", donc bon je me suis dit ducoup ils sont unique, après j’ai supposé que c’était vrai, et je leur ai montré facilement.
Naturellement un membre du jury propose de l’appliquer, on me poser une fonction (je ne sais plus laquelle, dans mes souvenirs elle était continue, de R^2 dans R (coursive aussi? Mais bon en s’en fiche de ça).
Et on pose M=((x,y)in R^2: x^2+(y)^2/4 = 1)
Donc je dis que c’est un compact: on me dit: donné les arguments à l’oral, je dis fermé (ils ont l’air convaincu), puis borné, il me dise comment le justifier vous? J’essaie vite fait de bidouiller direct avec la norme infini, mais au final je pose ma norme préféré: N(x)=sqrt(x^2+y^2/4), la il me dise, oui c’est vrai (mdr), est-ce bien une norme: je leur dit on vérifie si vous voulez, je commence à écrire homogénéité, il me dise ok, disons que c’est une norme. Et la bon c’est clairement borné pour cette norme mdr (Le jury a dit « à oui la en effet c’est bien borné » ).
En suite je calcule mes gradients, je détermine les relations, j’avais écrit deux équations, on me dit: vous avez trois inconnu, deux équations, on voit mal comment on va pouvoir résoudre, je bafouille un peu en disant mmm peut-être aucune solution ou une infinité ?, puis mon me dit vous avez pas oublié une équation: oups j’ai oubli celle de M.
Bref, le jury m’aide un peu à trouver les candidats, je les trouve facilement. On me dit ok, comment vérifier vous lesquels sont bon, je leur ai dit, on check à la main, ils étaient convaincu.
Après on me dit: avez-vous bien appliqué votre théorème des extrema lié; j’ai fait oups j’ai oublié de montré que M était bien une sous-variété: donc je leur dit oui, la différentiel de la fonction qui définit notre sous-variété est une forme linéaire qui ne s’annule pas (alors que dans ma tête je pensais non nul), il me dise un « vous êtes sur » je leur air ré-expliquer en mode elle est non nul et la membre du jury m’a dit « attention qui ne s’annule pas et non nulle c’est pas pareil » j’ai fait oui oui désolé je me suis mal exprimé. Bref bien surjective, donc c’était good.
Ensuite on me demande de calculer le plan tangent en l’identité de On(R), je leur ait dit que c’ était dans mon plan, donc le jury qui m’a posé la question me dit, bah alors on va le faire pour toute matrice M\in Mn(R) !
Bon bah je ré-écrit la différentielle de ma submersion de tête, je fais une erreur la où il y a une transposé, le jury me le dit, je commence à la recalculer vite fait, mais il me dit, nan nan vous vous êtes juste trompé sur le sens de la transposé, je fait ah oui je corrige (comme c’était pas le but de l’exo c’est ok je pense), puis j’écrit l’équation du plan tangent et je trouve facilement les matrice du plan tangent, donc c’est OK.
Ensuite on me pose un exo, soit f:R\to R de classe C^1 tel que ||f|’|_infty<1
On pose f(x,y)=(x+f(y),y+f(x)). Déterminer les (x,y) tel que f est un diffeo local
Je leur dit on va calculer la jacobine et checker les hypothèses du TIL,
Je la calcule et oups comme d’hab je la transpose, le jury m’embêtèrent un peu avec et je corrige. Puis je calcul le det, et la on me dit avec quoi vous concluez: je leur dit on applique TIL a tout les points tel que le det est non nulle, puis on a ce qu’on veut, et "rapidement quelles sont ces points ?": puis je vois pas au début, puis rapidement avant la fin, je vois apparaitre la relation 1-lambda avec |lambda|<1, je leur fait ah oui comme |lambda|<1 c’est inversible, donc non nul, et ça se finit la.
Jury très bienveillant. Tous le monde a participé à l'échange.
"Surpris" par la chaleur, il faisait très chaud pendant la préparation et les oraux.
Parcontre les appartiteurs sont toujours très gentil à nous arroser avec de la brume.
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En voyant mon couplage, j'ai un peu paniqué, je ne maîtrisais pas trop la 214, mais je n'avais vraiment pas envie de faire un de mes développements de la 228 (méthode de Newton, que je déteste), donc j'ai pris la 214 quand même.
Ils ont commencé par des questions sur mon développement. ils m'ont demandé des précisions sur la base antéduale, et ils m'ont demandé pourquoi c'est dans cette leçon (le théorème des sous-variétés repose sur les fonctions implicites).
Ils m'ont demandé de préciser un exemple du plan (c'était un exemple de fonction localement inversible en tout point mais pas globalement inversible).
Ils m'ont demandé de montrer la version holomorphe de l'inversion globale (qui était dans mon plan).
Ils m'ont demandé pourquoi est-ce que mon plan commence par le théorème de point fixe. J'ai répondu que c'est ce théorème qui permet de démontrer le théorème d'inversion locale.
Ils m'ont demandé de montrer la continuité des racines simples d'un polynôme (c'était aussi dans mon plan). J'ai eu du mal à retrouver les détails, et j'ai dit un peu n'importe quoi. Ils m'ont ensuite demandé d'en déduire que l'ensemble des polynômes de degré n scindés à racines simples est un ouvert de R_n[X]$.
Ils m'ont donné l'exercice suivant : soit f de R^n dans R^n C^1 telle qu'en tout point x on ait ||df_x - id|| <=1/2. Montrer que f est un difféomorphisme.
Très gentil, malgré mes nombreuses hésitations et imprécisions. Ils mettaient parfois du temps à me donner une indication quand je bloquais, mais étaient très bienveillants.
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18.25
264 : Variables aléatoires discrètes. Exemples et applications.
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D'abord des questions du le développement (théorème des extrema liés) : on me demande comment prouver le théorème de forme normale des submersions (que j'utilise dans le développement). Là j'ai un trou et je n'arrive pas bien à réfléchir car c'est mon dernier oral et je suis fatiguée. Le jury finit pas dire "on passe à autre chose", je me suis dit que ça partait mal mais en fait je me suis rattrapée ensuite.
On commence par me poser des exercices très faciles d'application directe du TIL et du théorème des fonctions implicites, et au fur et à mesure le jury rajoutait des questions de plus en plus difficiles : au bout d'un moment je ne savais vraiment plus répondre, ils m'ont donc aidée un peu, et l'oral s'est terminé au milieu d'un exercice.
Jury neutre mais plutôt gentil. Il n'aidait pas beaucoup, donc parfois quelques blancs pendant plusieurs minutes quand je réfléchissais.
RAS, tout était bien organisé.
J'ai mis beaucoup de temps à écrire le plan (2h30) vu qu'il y a pas mal de dessins à faire en annexe. Je n'ai donc pas revu mes développements (mais je savais que je les connaissais bien). Sur la fin j'essayais de revoir les démonstrations des résultats du plan. Je n'ai pas eu le temps de réfléchir à la présentation de 6 min, j'y ai réfléchi rapidement en attendant devant la porte de la salle juste avant l'oral.
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223 : Suites numériques. Convergence, valeurs d’adhérence. Exemples et applications.
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1) Questions sur le dev (théorème des fonctions implicites)
- Vérification que j'avais compris le calcul d'une différentielle dans mon dev
- Pourquoi on pouvait "deviner" que la différentielle de la fonction implicite était de la forme proposée dans l'énoncé du théorème
- Pourquoi l'application qui à une matrice inversible associe son inverse est continue?
2) Questions sur le plan
- Et si dans le théorème des fonctions implicites on suppose que $f$ est plus régulière (par exemple de classe $C^k$), est ce qu'on a plus de régularité sur la fonction implicite $\phi$? ($\phi$ est de classe $C^k$ d'après l'expression de sa différentielle)
- Justifier pourquoi exp (matricielle) est un difféomorphisme local en $0_n$ (classique)
- Montrer que exp (matricielle) est dérivable partout (utiliser les théorème de dérivation des séries de fonctions)
- Qu'est ce qu'un difféomorphisme global, quel est le lien avec les difféomorphismes locaux?
- Donner un exemple de difféomorphisme local non difféomorphisme global (l'application $z \mapsto z^2$ où $z \ne 0$ est vu comme un complexe)
- Illustrer le théorème des extremas liés par une figure (j'ai bidouillé une figure, ce n'était pas très convainquant, on est passé à la suite)
3) Exercices
- Soit $f$ une application $\mathbf{R}^n \to \mathbf{R}^n$ de classe $C^1$ telle que $\forall x \in \mathbf{R}^n, \forall y \in \mathbf{R}^n, ||f(x)-f(y)|| \geq ||x-y||$. Montrer que $f$ est un difféomorphisme global de $\mathbf{R}^n$ sur $\mathbf{R}^n$ (injectivité évidente, montrer que f est un difféomorphisme local en vérifiant que la différentielle est injective, en déduire que l'image de $f$ est ouverte, vérifier l'image est complète par des suites de Cauchy donc fermée, et enfin conclure que l'image est $\mathbf{R}^n$ tout entier par connexité)
Attitude neutre, un tout petit peu d'aide
Première fois que je présentais un résultat sur un tableau (candidat libre), j'ai rédigé de façon assez brouillonne le dev.
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Pas de réponse fournie.
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Quelques petites questions sur le développement (on m'a demandé des précisions sur certains points). Ensuite, un juré a repris point par point chaque application du théorème des fonctions implicites se trouvant dans mon plan (que j'avais honteusement pompé du Madère), j'ai eu beaucoup de mal à répondre...
Le juré qui a repris mes applications avait un ton légèrement cassant et ne m'aidait pas beaucoup lorsque je bloquais... Les deux autres étaient visiblement intéressés par ce que j'avais à raconter et m'ont posé beaucoup de questions et ne me laissaient pas sans rien faire au tableau. Globalement, l'expérience était positive.
J'avais à disposition un tableau blanc (velleda). Sinon, rien à signaler.
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