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%20primitives
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Fichesdemath(MPSI/MP)
SamuelMIMRAM
2000-2002
Tabledesmatières
1Divers
jA[Bj=jAj+jBjjA\Bj jFj=p,jP(F)j=2p PX2P(F)jXj=p2p1
2Algèbregénérale
2.1Divers
Signaturede2n:"()=Q
fi;jg2P(j[1;n]j)(j)(i) jiThéorèmedeGauss:(a^b=1etajbc))ajc
2.2Groupes
Hsous-groupedeG,8
:H,?8(x;y)2H2;xy2H
8x2H;x12H
Transportdestructure:
Lesss-groupesdeZsontlesnZ
H[Kgroupe,HKouKH
Pluspetitss-groupecontenantH[K:H+K
finjective,Kerf=f0gDécompositioncanonique:Ef!F:ilexiste
f,bijective,tq:E f!F s? yx ?i E=Rf f!f(E)Groupecyclique:monogènefini
1 (G;)estungroupe (Z=nZ)estungroupedecardinal'(n)'(n)=nQ i11 piSim^n=1alors'(mn)='(m)'(n)
démo:: kmn7!(km;kn)etdimIm=mnm^ncarm^n=dimKer pgcd:générateurdeP iaiZppcm:générateurdeT iaiZEQDIOPH
2.3Groupeopérantsurunensemble
(Ag)1=Ag1Automophismeintérieur:a:x1
x2E=RGjOxj=jE=RGjjGjSijGj=nalors8g2G;gn=eG
xinvbds(Z=nZ),x^n=1,Gr(x)=Z=nZCentre:Z(G)=fg2G=8x2G;gx=xgg
Touteorbiteeststablesousl'actiondeG
8a2Ox;Card(Ox)Card(Stab(a))=Card(G)
ThdeBurnside:NjGj=P
Ilyap+1
2.4Anneaux-corps
Anneau(A;+;):
Bsous-anneaudeA,8
:1 A2B8(x;y)2B2;xy2B
8(x;y)2B2;xy2B
aestrégulier:ax=ay)x=yetxa=ya)x=y arégulier,anondiviseurde0 (A;):groupedesélémtsinversibles aestnilpotent:9n2N;an=0Idéalprincipal:9a2A;I=aA
2Caractéristique:ordredeeAdans(A;+)
démo:(x+y)p=Pp k=0Ck pxkypket8k2j[1;p1]j;pjCk pCorps(K;+;):
Lsous-corpsdeK,8
:1 K2L8(x;y)2L2;xy2L
8(x;y)2L2;xy2L
8x2Lnf0g;x12L
Uncorpsestunanneauintègre
Toutcorpsfiniestcommutatif
Toutcorpsfiniapourcardinalpnavecppremier
2.5Polynômes
dimKn[X]=n+1K[X]estunanneauprincipal
PjQ)[P(x)=0)Q(x)=0]
nxi) attentionàlanormalisationdeP -parité,conjugaison? -calculerlapartieentièredeP -siN(X) -valeursparticulières!équations Si p q(avecp^q=1)estracinedePalorspja0etqjan Poly avecP2K[X]tqdegP=n1:deg(kP)=nkdoncnP=0 surCn[X]:Ker=C0[X]etIm=Cn1[X] T nP(X)=P(X+n)etT=TdoncnP(X)=(TId)nP(X)=Pn k=0(1)kCk nTk=Pn k=0(1)kP(X+k) )P(n+1)sionconnaittslesP(k)aveck2j[1;n]j 32.6PolynômesetK-algèbres
Algèbre(A;+;;):
Bsous-algèbredeA,8
:12B8(x;y)2B2;x+y2Betxy2B
82K;8x2B;x2B
Poly3Algèbrelinéaire
3.1Espacesvectoriels
Espace-vectoriel(E;+;:):
Fsous-evdeE,8
:F,?8(x;y)2F2;x+y2F
82K;8x2F;x2F
PourmontrerFss-evdeE,onpeutmontrerF=Ker'
normed'algèbre:N(ab)N(a)N(b) jN(x)N(y)jN(x+y)N(x)+N(y) doncx7!kxkestcontinuecar1-lipschitzienneNormesusuelles:kxk1=Pjxijkxk2=q
Px2 ikxk1=maxjxijDsunevn:
B(x;r)=Bf(x;r)etviceversa
x2Bf(0E;1)N[f(x)]=sup x2S(0E;1)N[f(x)]=sup x2Enf0EgN[f(x)] kxkN[f(x)]kjfkjkxkkjgfkjkjgkjkjfkj
SiFevncalors(Lc(E;F);kjkj)evnc
(x;y)7!x+yet(;x)7!xsontcontinuesFss-evdedimfiniedeE)FevncetfermédeE
UnK-evdedimfinieestunespacedeBanach
Surunproduitd'evdedimfinies,uestcontinue
4Fss-evdeE:siH,HalorsEH
H1\H2ss-evH1+H2ppss-evcontenantH1etH2
,8k;Pk1i=1Ei\Ek=f0g,8j;Ej\Pn i=1i,jE i=f0g E1+E2=E1E2,E1\E2=f0g,dimE1+dimE2=dimE
Familleorthogonaledeprojecteurs:
si(fi)2L(E)htqPh i=1ImfiSisestunesymétrie,s+IdE
2estunprojecteur...
SiFEalorsdimF=dimE,F=E
dim(F+G)=dimF+dimGdim(F\G) dimKergfdimKerg+dimKerfCodimension:dimensiondusupplémentaire
finjective,Kerf=f0g k=0Ck nfkgnkSifggf=Idalors,parréc:fgngnf=(n1)g
3.2Matrices
SiC=ABalorsci;j=Pn
k=1ai;kbk;jt(AB)=tBtA MB1B3(vu)=MB2B3(v)MB1B2(u)
AestsemblableàB:B=P1AP(!mêmetrace)
M n(K)=Sn(K)An(K)démo:':M7!(M+tM2;MtM2)isom
Pourunprojecteur:trp=rgp
E i;jEk;l=j;kEi;l detA=P2n"()a(1)1:::a(n)n
det(AB)=detAdetBdet AB 0C! =detAdetCdémo: AB 0C! = IB0C! A0
0I!AtCom(A)=(detA)InA1=1
detA(tCom(A))FormuledeCramer:xi=detB(v1;:::;b;:::;vn)
detA 5 (tA)1=t(A1)A2Sn(K)\GLn(K))A12Sn(K) pIn;1pDéterminantsdeVanderMonde:
1111x
1xnxn:
x n11xn12xn1n Q1i K[A](A)(commutant)
3.3Réductiondesendomorphismes
E (f)=Ker(fIdE)SpK(f):ensbdesvlprdef finversb,festdevaluationnulle SiP(f)=0,ttvlprdefestracinedeP
Poly ˆninterpolateursdeLagrange:
W k(X)=n Q i=0i,k(Xi) nQ i=0i,k(ki)Wk(j)=jk8P2Kn[X];P(X)=Pn k=0P(k)Wk(X):basedeKn[X] k=0Wk(f)(x) endim2:M(X)=X2(trM)X+detM dimEestaupluslamultiplicitédedansf Diagonalisation:M=PDP1
MatricesdeFroebenius:A=0
B B B B B B B B B B B B B B B B B B @0:::0a1 1 :a2: ::::0: 0:::1an1
C C C C C C C C C C C C C C C C C C Drapeau:(Ei)tqdimEi=ietEiEi+1
6 )(f0;f1;:::;fn)estliée Sifestnilpotentd'indicen=dimEalorsilexisteunebaseBtqfB !0 B B B B B B B B B B B B B B B B B B @010 :::1 001 C C C C C C C C C C C C C C C C C C A fnilpotent,f(X)=(1)nXn,9B;fB !0 B B B B B B B B B B @0? 001 C C C C C C C C C C A u enparticulier:siKeru=Keru2alorsE=KeruImu fscindé:f(X)=(1)nQ i(Xi)mi E=Kerf(f)=L
3.4Dualité
EestisomorpheàE(ontˆmdimension)
Baseduale:(e
i)1intqe i(ej)=ijf=Pn i=1f(ei)e !siontrouve(ei)et(e i)tqe i) i:P7!P(ai))labasedualeassociée 8'2E;9!a2E;8x2E;'(x)=8M2M
n;9!A2Mn;'(M)=tr(AM) démo:mq:Mn!M n=A7![M7!tr(AM)]estinjective cesontdesss-evdeE F (Ker')?=Vect' démo:prendreunebasedeEetmqF?F=E doncF7!F?estbijectivederéciproqueG7!G SiFetGss-evalorsF=G,F?=G?
Vect(ei)=E,Vect(ei)?=f0g(=E?)
Vect('i)=(PVect('i))=TVect('i)=TKer('i)
Intersectiond'hyperplans:dimT
1stHsnt(égalitéssi(fs)1stlibre)
démo:siH=Ker'=Ker mq='(x) (x)convientavecxdsEH Transposéedef2L(E;F):l'uniquetf2L(F;E)tq:8 2F;tf( )= f 8 2F;8x2E;=< jf(x)>
Fstableparf,F?stablepartf
7 4Algèbrebilinéaire
g ':x7!'(x;:)d':y7!'(:;y) 'symétrique,g'=d' L 2(E)=S2(E)A2(E)dimL2(E)=n2dimS2=n(n+1)
2démo:':M7!(M+tM2;MtM2)isom
Identitédepolarisation:'sym(x;y)=1
2[q(x+y)q(x)q(y)]=14[q(x+y)q(xy)]
q(x)=Pn i=1x2 i'(ei;ei)+2P iAetBsontcongruentes:9P2GLn(K);B=tPAP 8(X;Y)2M2
n;1(K);tXAY=tXBY,A=B 8X2M2 n;1(K);tXAX=tXBX,ABestantisym xetyst'-orthogonaux:'(x;y)=0x?'y A ?'=fx2E=8y2A;'(x;y)=0gss-evdeE AB)B?A?A?B,AB?,BA?
H Rangde':rgd'
dim(Rad')=nrg' x+y2C',x?'yRad'C''(x;x)=0,Kx(Kx)? 'estdéfinie:C'=f0Eg Recherchedelasignature:
-parachuterlasolution:E=F?G -utiliserunedécompositiondeGauss 4[(a+b)2+(ab)2]ex:Pn
i;j=1ixixj=(Pn i=1ixi)(Pn i=1xj) -aveclesvlpr ConditiondeSylvester:M2S++
Gauss:formecanonique/produit
avectZMZ Thspectral:
8 8M2Sn(R);92On(R);9D2Dn(R);D=1M=tM
hp:8S2S++ n(R);9!p S;(pS)2=Sdémo:induits
Thderéductionsimultannée:
8A2S++
(x+y)p(x)+p(y) siestdéfiniepositive,p (x+y)=p(x)+p(y),(x;y)positivementliée Si'estpositive:Cône=Raddémo:ics
4.1Espaceseuclidiens
Normeeuclidienne:p
Normes:(f;g)7!Rb
afg(P;Q)7!R1 0PQet2(P;Q)7!R1
0PQ poly Sif2C0([a;b];R)esttq8p2N;Rb
kPx2 ikkPxik2 8f2E;9!y2E;8x2E;f(x)='(x;y)
Thdelabaseorthogonaleincomplète
M:mij=tr(u)=P
E=F?G)E=F??G?etF??=G?=F
E=F?G,F?GetF??G?
E=Vect(ei),[Vect(ei)]?=f0g
Adjoint:=
(u)=u(u)1=(u1)u(H)H)u(H?)H?Keru=(Imu)? Dsunebon:Mat(uM)=tM
dscecas:E=Keru+Imu fautoadjointpositif: kjfjk=Sup kjfjk2=kjfjk2=kjffjkkjfjk=Sup kxk1;kyk1jjdémo:kxk=sup kyk=1jj kjMjk2;2=p (tMM) Endomorthogonalu(2O(E)GL(E)):
)detM2f1;1g SiFstableparualorsF?stableparu
Dansunbonr,si
=Matr(u)alorsttvlprde estdemodule1 9 i=1viwk+1=vk+1 Topologiematricielle:
-S++ n:partieferméedeMn(R) -On(R):partiecompactedeMn(R) -GLn(R):partiedensedeMn(R) S n(R);M=OS tMMetO=MS1conviennent AvecH2S++
netK2Sn,HKnilpotent,K=0 démo:92S++ DécompositiondeCholeski:8A2S++
ralors: A=tSInSavecS2Tsupn
':Mn(R)!R=M7!Sup O2On(R)jtr(OM)j:normedeMn(R)
'-matricedeGram:G=('(vi;vj))'[(xi)]=detG '(f1;:::;fn)quotesdbs_dbs1.pdfusesText_1
K[A](A)(commutant)
3.3Réductiondesendomorphismes
E (f)=Ker(fIdE)SpK(f):ensbdesvlprdef finversb,festdevaluationnulleSiP(f)=0,ttvlprdefestracinedeP
PolyˆninterpolateursdeLagrange:
W k(X)=n Q i=0i,k(Xi) nQ i=0i,k(ki)Wk(j)=jk8P2Kn[X];P(X)=Pn k=0P(k)Wk(X):basedeKn[X] k=0Wk(f)(x) endim2:M(X)=X2(trM)X+detM dimEestaupluslamultiplicitédedansfDiagonalisation:M=PDP1
MatricesdeFroebenius:A=0
B B B B B B B B B B B B B B B B B B @0:::0a1 1 :a2: ::::0:0:::1an1
C C C C C C C C C C C C C C C C C CDrapeau:(Ei)tqdimEi=ietEiEi+1
6 )(f0;f1;:::;fn)estliée Sifestnilpotentd'indicen=dimEalorsilexisteunebaseBtqfB !0 B B B B B B B B B B B B B B B B B B @010 :::1 001 C C C C C C C C C C C C C C C C C C A fnilpotent,f(X)=(1)nXn,9B;fB !0 B B B B B B B B B B @0? 001 C C C C C C C C C C A u enparticulier:siKeru=Keru2alorsE=KeruImu fscindé:f(X)=(1)nQ i(Xi)miE=Kerf(f)=L
3.4Dualité
EestisomorpheàE(ontˆmdimension)
Baseduale:(e
i)1intqe i(ej)=ijf=Pn i=1f(ei)e !siontrouve(ei)et(e i)tqe i) i:P7!P(ai))labasedualeassociée8'2E;9!a2E;8x2E;'(x)=8M2M
n;9!A2Mn;'(M)=tr(AM) démo:mq:Mn!M n=A7![M7!tr(AM)]estinjective cesontdesss-evdeE F (Ker')?=Vect' démo:prendreunebasedeEetmqF?F=E doncF7!F?estbijectivederéciproqueG7!G SiFetGss-evalorsF=G,F?=G?
Vect(ei)=E,Vect(ei)?=f0g(=E?)
Vect('i)=(PVect('i))=TVect('i)=TKer('i)
Intersectiond'hyperplans:dimT
1stHsnt(égalitéssi(fs)1stlibre)
démo:siH=Ker'=Ker mq='(x) (x)convientavecxdsEH Transposéedef2L(E;F):l'uniquetf2L(F;E)tq:8 2F;tf( )= f8 2F;8x2E;=< jf(x)>
Fstableparf,F?stablepartf
74Algèbrebilinéaire
g ':x7!'(x;:)d':y7!'(:;y) 'symétrique,g'=d' L2(E)=S2(E)A2(E)dimL2(E)=n2dimS2=n(n+1)
2démo:':M7!(M+tM2;MtM2)isom
Identitédepolarisation:'sym(x;y)=1
2[q(x+y)q(x)q(y)]=14[q(x+y)q(xy)]
q(x)=Pn i=1x2 i'(ei;ei)+2P i8(X;Y)2M2
n;1(K);tXAY=tXBY,A=B 8X2M2 n;1(K);tXAX=tXBX,ABestantisym xetyst'-orthogonaux:'(x;y)=0x?'y A ?'=fx2E=8y2A;'(x;y)=0gss-evdeEAB)B?A?A?B,AB?,BA?
HRangde':rgd'
dim(Rad')=nrg' x+y2C',x?'yRad'C''(x;x)=0,Kx(Kx)? 'estdéfinie:C'=f0EgRecherchedelasignature:
-parachuterlasolution:E=F?G -utiliserunedécompositiondeGauss4[(a+b)2+(ab)2]ex:Pn
i;j=1ixixj=(Pn i=1ixi)(Pn i=1xj) -aveclesvlprConditiondeSylvester:M2S++
Gauss:formecanonique/produit
avectZMZThspectral:
88M2Sn(R);92On(R);9D2Dn(R);D=1M=tM
hp:8S2S++ n(R);9!pS;(pS)2=Sdémo:induits
Thderéductionsimultannée:
8A2S++
(x+y)p(x)+p(y) siestdéfiniepositive,p (x+y)=p(x)+p(y),(x;y)positivementliéeSi'estpositive:Cône=Raddémo:ics
4.1Espaceseuclidiens
Normeeuclidienne:p
Normes:(f;g)7!Rb
afg(P;Q)7!R10PQet2(P;Q)7!R1
0PQ polySif2C0([a;b];R)esttq8p2N;Rb
kPx2 ikkPxik28f2E;9!y2E;8x2E;f(x)='(x;y)
Thdelabaseorthogonaleincomplète
M:mij=tr(u)=P
E=F?G)E=F??G?etF??=G?=F
E=F?G,F?GetF??G?
E=Vect(ei),[Vect(ei)]?=f0g
Adjoint:=
(u)=u(u)1=(u1)u(H)H)u(H?)H?Keru=(Imu)? Dsunebon:Mat(uM)=tM
dscecas:E=Keru+Imu fautoadjointpositif: kjfjk=Sup kjfjk2=kjfjk2=kjffjkkjfjk=Sup kxk1;kyk1jEndomorthogonalu(2O(E)GL(E)):
)detM2f1;1gSiFstableparualorsF?stableparu
Dansunbonr,si
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-S++ n:partieferméedeMn(R) -On(R):partiecompactedeMn(R) -GLn(R):partiedensedeMn(R) S n(R);M=OS tMMetO=MS1conviennentAvecH2S++
netK2Sn,HKnilpotent,K=0 démo:92S++DécompositiondeCholeski:8A2S++
ralors:A=tSInSavecS2Tsupn
':Mn(R)!R=M7!SupO2On(R)jtr(OM)j:normedeMn(R)
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