Bachillerato 2 - Exp. / Anales sobre matrices 15 ejercicios (incluyendo 13 corregidos)

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OEFGEFG OEFG 1. Matrices y secuencias E.5954 Un programa informático permite transformar un el-emento rectangular de una fotografía. Así, el rectángulo inicial OEFG se transforma en un rectángulo OE F G , denominado imagen de OEFG . El objetivo de este ejerci-cio es estudiar el rectán-gulo ob-obtenido tras varias transformaciones sucesivas. Parte A El plano se refiere a un sistema de coordenadas ortonormales O ; i ; j . Los puntos E , F y G tienen como coordenadas respectivas (2 ; 2) , ( 1 ; 5) y ( 3 ; 3) . La transformación del software aso-cia a cada punto M ( x ; y ) del plano el punto M ( x ; y ) , imagen del punto M , de tal manera que : x = 5 4 x + 3 4 y y = 3 4 x + 5 4 y 1 a Calcular las coordenadas E , F y G , imágenes de los puntos E , F y G mediante esta transformación. b Comparar las longitudes OE y OE por un lado, y OG y OG por otro. Dar la matriz cuadrada de orden 2 , denotada A , tal que : x y = A · x y Parte B En esta parte, se estudian las coordenadas de las imágenes sucesivas del vértice F del rectángulo OEFG cuando se aplica varias veces la transformación del software. 1 Consideremos el siguiente algoritmo, que debe mostrar las coordenadas de estas imágenes sucesivas Se ha producido un error. Modifique este algoritmo para que permita mostrar estas coordenadas : Entrada Introduzca un número natural distinto de cero N Inicialización Asignar a x el valor 1 Asignar a y el valor 5 Procesamiento PARA i DESDE 1 HASTA N Asignar a a el valor 5 4 x + 3 4 y Asignar a b el valor 3 4 x + 5 4 y Asignar a x el valor a Asignar a y el valor b FIN PARA Salida Mostrar x , mostrar y 2 Se ha obtenido la siguiente tabla : i 1 2 3 4 5 10 15 x 2 ; 5 7 ; 25 15 ; 625 31 ; 8125 63 ; 9063 2047 ; 9971 65535 ; 9999 y 5 ; 5 8 ; 75 16 ; 375 32 ; 1875 64 ; 0938 2048 ; 0029 65536 ; 0001 Conjeturar el comportamiento de la sucesión de imágenes sucesivas del punto F . Parte C En esta parte, estudiamos las coordenadas de las imágenes sucesivas del vértice E del rectángulo OEFG . Definimos la sucesión de puntos E n ( x n ; y n ) del plano mediante E 0 = E y la relación de recurrencia : x n +1 y n +1 = A · x n y n donde ( x n + ; y n +1 ) designa las coordenadas del punto E n +1 . Así, x 0 =2 y y 0 =2 1 Se admite que, para todo entero n 1 , la matriz A n puede escribirse en la forma : A n = ¸ n ˛ n ˛ n ¸ n Demuestre por recurrencia que, para todo entero natural n 1 , se tiene : ¸ n = 2 n 1 + 1 2 n +1 ; ˛ = 2 n 1 1 2 n +1 2 a Demuestre que, para todo número natural n , el punto E n se encuentra en la recta de ecuación y = x . Se puede utilizar que, para todo número natural n , las coordenadas ( x n ; y n ) del punto E n verifican : x n y n = A n · 2 2 b Demostrar que la longitud OE n tiende a + cuando n tiende a + . 2. Matriz de transición E.5439 Se estudia la evolución a lo largo del tiempo del número de venes y adultos de una población animal. Para todo número natural n , se anota j n el número de animales venes tras n años de observación y a n el número de animales adultos tras n años de observación. Al comienzo del primer año del estudio, hay 200 animales venes y 500 https://chingmath.fr chapExoCorrec/5954 sacados/5954 Asie Juin 2013 OEFGEFG OEFG chapExoCorrec/5439 sacados/5439
animales adultos. Por lo tanto : j 0 =200 y a 0 =500 . Se admite que para todo número natural n , se tiene : j n +1 = 0 ; 125 · j n + 0 ; 525 · a n a n +1 = 0 ; 625 · j n + 0 ; 625 · a n Introducimos las siguientes matrices : A = 0 ; 125 0 ; 525 0 ; 625 0 ; 625 ; U n = j n a n 1 a Demuestra que para cualquier número natural n : U n +1 = A × U n . b Calcular el número de animales venes y adultos tras un año de observación y, a continuación, tras dos años de observación (resultados redondeados a la unidad más cercana) . c Para todo número natural n distinto de cero, expresar U n en función de A n y de U 0 . 2 Introducimos las siguientes matrices : Q = 7 3 5 5 ; D = 0 ; 25 0 0 1 a Se admite que la matriz Q es invertible y que : Q 1 = 0 ; 1 0 ; 06 0 ; 1 0 ; 14 Demostrar que : Q × D × Q 1 = A b Demostrar, por recurrencia sobre n , que para todo número natural n distinto de cero: A n = Q × D n × Q 1 c Para todo número natural n distinto de cero, determi-nar D n en función de n 3 Se admite que para todo número natural n distinto de cero, A n = 0 ; 3 + 0 ; 7 × ( 0 ; 25) n 0 ; 42 0 ; 42 × ( 0 ; 25) n 0 ; 5 0 ; 5 × ( 0 ; 25) n 0 ; 7 + 0 ; 3 × ( 0 ; 25) n a Deduzca las expresiones de j n y a n en función de n . Determine los límites de estas dos sucesiones. b ¾Qué se puede concluir sobre la población de animales estudiada? E.5955 Una especie de ave vive sólo en dos islas A y B de un archipiélago. A principios de año 2013 , 20 millones de aves de esta especie están presentes en la isla y 10 millones en la isla B . Las observaciones realizadas durante varios años han permi-tido a los ornitólogos estimar que, teniendo en cuenta los nacimientos, las muertes y las migraciones entre las dos islas, a principios de cada año se encuentran las siguientes propues-tas : En la isla A : 80 % del número de aves presentes en la isla A a principios del año anterior y 30 % del número de aves presentes en la isla B a principios del año anterior; sur la isla B : 20 % del número de aves presentes en la isla A a principios del año anterior y 70 % del número de aves presentes en la isla B a principios del año anterior. Para cualquier número natural n , sea a n (respectivamente b n ) le el número de aves (en millones) presentes en la isla A (re-spectivement B ) au principio del año (2013+ n ) . Parte A - Algoritmos y conjeturas A continuación se muestra una función f , derivada de un algo-ritmo, que toma como argumento un número entero n mayor o igual a 2013 que representa el año de estudio y devuelve el número de aves que viven en cada una de las dos islas para ese año Función f(n) a 20 b 10 i 2013 Mientras i<n c (0;8a+0;3b) b (0;2a+0;7b) a c Fin Mientras Devolver ( a ; b) 1 El digo de la función f contiene omisiones en el proce-samiento. Localice estas omisiones y corríjalas. 2 A continuación se muestra una tabla que representa los valores sucesivos que toman las variables de la función f durante su ejecución paso a paso cuando se llama con el valor 2020 . n a b 2013 20 10 2014 19 11 2015 18,5 11,5 2016 18,25 11,75 2017 18,125 11,875 2018 18,0425 11,9375 2019 18,03125 11,96875 2020 18,015625 11,984375 A la vista de estos resultados, formule conjeturas sobre el sentido de variación y la convergencia de las sucesiones a n y b n . Parte B - Estudio matemático https://chingmath.fr chapExoCorrec/5955 sacados/5955 Centres etrangers Juin 2013
IMS12131312113 Se denota U n la matriz columna a n b n 1 Demuestre que, para todo número natural n : U n +1 = M · U n donde M es una matriz cuadrada de orden 2 que se de-terminará Se admite entonces que U n = M n · U 0 para todo número natural n 1 . 2 Mediante un razonamiento por recurrencia, justifique que, para todo número natural n 1 : M n = 0 ; 6 + 0 ; 4 × 0 ; 5 n 0 ; 6 0 ; 6 × 0 ; 5 n 0 ; 4 0 ; 4 × 0 ; 5 n 0 ; 4 + 0 ; 6 × 0 ; 5 n Solo se detallará el cálculo para el primer coeficiente de la matriz M n . 3 Expresar a n en función de n , para todo número natural n 1 . 4 Con este modelo, ¾se puede decir que, tras un gran número de años, el número de aves en la isla A se estabi-lizará? En caso afirmativo, especifique hacia qué valor. E.5957 Las partes A y B pueden tratarse independientemente una de otra En un pueblo imaginario aislado, ha aparecido una nueva en-fermedad contagiosa, pero no mortal. Rápidamente, los científicos descubrieron que un individuo podía encontrarse en uno de los tres estados siguientes : S : ˇ el individuo está sano, es decir, no está enfermo ni infectado ı, I : ˇ el individuo es portador sano, es decir, no está en-fermo, pero está infectado ı, M : ˇ el individuo está enfermo e infectado ı. Parte A Los científicos estiman que una sola persona es la causante de la enfermedad entre las 100 personas que componen la población y que, de una semana a otra, una persona cambia de estado siguiendo el siguiente proceso : entre los individuos sanos, la proporción de los que se con-vierten en portadores sanos es igual a 1 3 y la proporción de los que enferman es igual a 1 3 . entre los individuos portadores sanos, la proporción de los que enferman es igual a 1 2 . La situación puede representarse mediante un gráfico proba-bilístico como el que se muestra a continuación. Se indica con P n = s n i n m n la matriz de líneas que da el estado probabilístico al cabo de n sem-anas, donde s n , i n y m n designan respectivamente la probabilidad de que el individuo esté sano, sea por-tador sano o esté enfermo en la se-mana n Entonces tenemos P 0 = 0 ; 99 0 0 ; 01 y para todo número nat- ural n , s n +1 = 1 3 s n i n +1 = 1 3 s n + 1 2 i n m n +1 = 1 3 s n + 1 2 i n + m n 1 Escribir la matriz A denominada matriz de transición , tal que para todo número natural n : P n +1 = P n · A 2 Demostrar por recurrencia que para todo número natu-ral n distinto de cero: P n = P 0 · A n 3 Determinar el estado probabilístico P 4 al cabo de cuatro semanas. Se pueden redondear los valores a 10 2 . ¾Cuál es la probabilidad de que un individuo esté sano al cabo de cuatro semanas? Parte B En realidad, la enfermedad no evoluciona según el modelo an-terior, ya que, tras 4 semanas de investigación, los científicos descubren una vacuna que permite erradicar la epidemia y tratan inmediatamente a toda la población. La evolución semanal de la enfermedad tras la vacunación viene dada por la matriz de transición : B = 5 12 1 4 1 3 5 12 1 4 1 3 1 6 1 2 1 3 Se indica Q n la matriz lineal que muestra el estado probabilís-tico tras n semanas desde la implementación de estas nuevas medidas de vacunación. Así : Q n = S n I n M n donde S n , I n y M n designan respectivamente la probabili-dad de que el individuo esté sano, sea portador sano y esté enfermo en la semana n tras la vacunación. Para cualquier número natural n , tenemos entonces : Q n +1 = Q n · B Según la parte A , Q 0 = P 4 . Para lo que sigue, tomamos : Q 0 = 0 ; 01 0 ; 10 0 ; 89 donde los coeficientes se han redondeado a 10 2 . 1 Expresar S n +1 , I n +1 y M n +1 en función de S n , I n y M n . 2 Determinar la constante real k tal que B 2 = k · J donde J es la matriz cuadrada de orden 3 cuyos coeficientes son todos iguales a 1 . De ello se deduce que para todo entero n mayor o igual que 2 : B n = B 2 3 a Demostrar que para todo entero n mayor o igual que 2 : Q n = 1 3 1 3 1 3 b Interprete este resultado en términos de evolución de la enfermedad. ¾Se puede esperar erradicar la enfermedad gracias a la vacuna? https://chingmath.fr chapExoCorrec/5957 sacados/5957 Metropole Septembre 2013 IMS12131312113
3. Matriz de transición del tipo: X=AX+B E.5953 Una operadora telefónica A desea prever la evolución del número de sus abonados en una gran ciudad en relación con su principal competidor B a partir de 2013 . En 2013 , los operadores A y B tienen cada uno 300 miles de abonados. Para todo número natural n , se indica a n el número de abona-dos, en miles, del operador A en el año n después de 2013 , y b n el número de abonados, en miles, del operador B en el año n después de 2013 . Así : a 0 =300 et b 0 =300 . Las observaciones realizadas en años anteriores permiten mod-elar la situación mediante la siguiente relación: a n +1 = 0 ; 7 a n + 0 ; 2 b n + 60 b n +1 = 0 ; 1 a n + 0 ; 6 b n + 70 , para todo entero n N . Consideramos las matrices : M = 0 ; 7 0 ; 2 0 ; 1 0 ; 6 ; P = 60 70 . Para todo número natural n , se anota U n = a n b n 1 a Determinar U 1 . b Verificar que, para todo número natural n : U n +1 = M × U n + P . 2 Se denota I la matriz 1 0 0 1 a Calcular: ( I M ) × 4 2 1 3 . b Deduzca que la matriz I M es invertible y especifique su inversa. c Determinar la matriz tal que : U = M × U + P 3 Para todo número natural, se establece : V n = U n U a Justificar que, para todo número natural n : V n +1 = M × V n . b Deduzca que, para todo número natural n : V n = M n × V 0 4 Se admite que, para todo número natural n : V n = 100 3 × 0 ; 8 n 140 3 × 0 ; 5 n 50 3 × 0 ; 8 n + 140 3 × 0 ; 5 n a Para todo número natural n , expresar U n en función de n y deducir el límite de la sucesión a n . b Estime el número de abonados del operador A a largo plazo. 4. Matrices y aritmética E.5956 Parte A Consideremos la función f , extraída de un algoritmo, que toma como argumento un número natural A y revisa al final de la ejecución el valor de la variable X : Función f(A) X A Mientras X sea mayor o igual que 26 X X 26 Fin Mientras Devolver X 1 ¾Cuál es el valor devuelto por la llamada a la función f cuando el valor proporcionado como argumento es el número 3 ? 2 ¾Cuál es el valor devuelto por la llamada a la función f cuando el valor proporcionado como argumento es el número 55 ? 3 Para cualquier número entero introducido, ¾qué repre-senta el resultado devuelto por esta función? Parte B Queremos codificar un bloque de dos letras según el siguiente procedimiento (detallado en cuatro pasos) : Paso 1 : cada letra del bloque se sustituye por un entero utilizando la tabla siguiente : A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Se obtiene una matriz de columnas x 1 y 2 donde x 1 corre-sponde a la primera letra de la palabra y x 2 corresponde a la segunda letra de la palabra. Paso 2 : x 1 y 1 se transforma en y 1 y 2 de tal manera que : y 1 y 2 = 3 1 5 2 · x 1 x 2 La matriz C = 3 1 5 2 se denomina matriz de codifi-cación. Paso 3 : y 1 y 2 se transforma en z 1 z 2 de tal manera que : z 1 y 1 ( mod. 26) con 0 z 1 25 z 2 y 2 ( mod. 26) con 0 z 2 25 Paso 4 : z 1 z 2 se transforma en un bloque de dos letras utilizando la tabla de correspondencias dada en el paso https://chingmath.fr chapExoCorrec/5953 sacados/5953 Polynesie Juin 2013 chapExoCorrec/5956 sacados/5956 Antilles-Guyane Septembre 2013
1 Ejemplo : RE ↦− 17 4 ↦− 55 93 ↦− 3 15 ↦− DP Justificar el paso de 17 4 a 55 93 y, a continuación, a 3 15 1 Sean x 1 , x 2 , x 1 , x 2 cuatro números enteros comprendi-dos entre 0 y 25 , de tal manera que x 1 x 2 y x 1 x 2 se transforman durante el proceso de codificación en z 1 z 2 . a Demuestre que 3 x 1 + x 2 3 x 1 + x 2 ( mod. 26) 5 x 1 + 2 x 2 5 x 1 + 2 x 2 ( mod. 26) b Deduzca x 1 x 1 ( mod. 26) y x 2 x 2 ( mod. 26) , y luego x 1 = x 1 y x 2 = x 2 . 2 Se desea encontrar un método de decodificación para el bloque DP a Verificar que la matriz C = 2 1 5 3 es la matriz inversa de C . b Calcular y 1 y 2 como: y 1 y 2 = 2 1 5 3 3 15 c Calculer x 1 x 2 como: x 1 y 1 ( mod. 26) avec 0 x 1 25 x 2 y 2 ( mod. 26) con 0 x 2 25 d Quel proceso general de descodificación ¾podemos con-jeturar? 3 En esta pregunta, generalizaremos este proceso décodage Consideramos un bloque de dos letras y llamamos z 1 y z 2 a los dos enteros comprendidos entre 0 y 25 asociados a estas letras en el paso 3 . Buscamos encontrar dos en-teros x 1 y x 2 entre 0 y 25 que den la matriz de columnas z 1 z 2 por los pasos 2 et 3 du proceso de codificación. Sean y 1 y y 2 tales que : y 1 y 2 = C · z 1 z 2 C = 2 1 5 3 Sean x 1 y x 2 enteros tales que : x 1 y 1 ( mod. 26) avec 0 x 1 25 x 2 y 2 ( mod. 26) avec 0 x 2 25 Demuestre que : 3 x 1 + x 2 z 1 ( mod. 26) 5 x 1 + 2 x 2 z 2 ( mod. 26) Concluya. 4 Decode QC . 5. Ejercicios no clasificados E.6067 Cada joven padre utiliza cada mes una sola marca de potitos para bebés. Tres marcas X , Y y Z se reparten el mercado. Sea n un número natural. Se anota : X n el evento ˇ la marca X se utiliza el mes n ı ; Y n el evento ˇ la marca Y se utiliza el mes n ı ; Z n el evento ˇ la marca Z se utiliza el mes n ı ; Las probabilidades de los eventos X n , Y n , Z n se anotan re-spectivamente como x n , y n , z n . La campaña publicitaria de cada marca hace que la distribu-ción evolucione : Un comprador de la marca X en el mes n tiene el mes siguiente : 50 % de posibilidades de seguir siendo fiel a esta marca. 40 % de posibilidades de comprar la marca Y . 10 % de posibilidades de comprar la marca Z . Un comprador de la marca Y del mes n tiene al mes siguiente : 30 % de posibilidades de seguir siendo fiel a esta marca; 50 % de posibilidades de comprar la marca X ; 20 % de posibilidades de comprar la marca Z . Un comprador de la marca Z el mes n tiene el mes sigu- iente : 70 % de posibilidades de seguir siendo fiel a esta marca 10 % de posibilidades de comprar la marca X ; 20 % de posibilidades de comprar la marca Y . 1 a Expresar x n +1 en función de x n , y n y z n . Se admite que : y n +1 =0 ; 4 x n +0 ; 3 y n +0 ; 2 z n ; z n +1 =0 ; 1 x n +0 ; 2 y n +0 ; 7 z n b Expresar z n en función de x n y y n . Deduzca la ex-presión de x n +1 y y n +1 en función de x n y y n . 2 Se define la sucesión U n por U n = x n y n para todo número natural n . Se admite que, para todo número natural n : U n +1 = A · U n + B donde : A = 0 ; 4 0 ; 4 0 ; 2 0 ; 1 ; B = 0 ; 1 0 ; 2 Al inicio del estudio estadístico (enero de 2014 : n =0 ) , se estima que : U 0 = 0 ; 5 0 ; 3 Consideremos la función f del siguiente algoritmo: https://chingmath.fr chapExoCorrec/6067 sacados/6067
Función f(n) i 0 A 0;4 0;4 0;2 0;1 B 0;1 0;2 U 0;5 0;3 Mientras i<n U A · U+B i i+1 Fin de Mientras Devolver U a Indique los valores devueltos por esta función cuando se invoca con los valores n =1 y luego con n =3 b ¾Cuál es la probabilidad de utilizar la marca X en el mes de abril? En la continuación del ejercicio, se busca determinar una ex-presión de U n en función de n . Denotamos por I la matriz 1 0 0 1 y por N la matriz I A . 3 Denotamos por C una matriz columna de dos filas. a Demostrar que C = A · C + B es equivalente a N · C = B . b Se admite que N es una matriz invertible y que : N 1 = 45 23 20 23 10 23 30 23 Deduzca que : C = 17 46 7 23 4 Se denota por V n la matriz tal que V n = U n C para todo número natural n . a Demuestra que, para todo número natural n : V n +1 = A · V n b Se admite que : U n = A n · U 0 C + C . ¾Cuáles son las probabilidades de utilizar las marcas X , Y y Z en el mes de mayo? E.6253 Parte A : preliminares 1 a Sean n y N dos números naturales mayores o iguales a 2 , tales que : n 2 N 1 ( mod. N ) Demuestre que : n × n 3 1 ( mod. N ) b Deduzca de la pregunta anterior un número entero k 1 tal que : 5 · k 1 1 ( mod. 26) Se admitirá que el único número entero k tal que : 0 k 25 ; 5 · k 1 ( mod. 26) vale 21 . 2 Se dan las matrices : A = 4 1 3 2 ; B = 2 1 3 4 ; X = x 1 x 2 ; Y = y 1 y 2 a Calcular la matriz: 6 A A 2 . b Deducir que A es invertible y que su matriz inversa, denotada A 1 , puede escribirse en la forma : A 1 = ¸ · I + ˛ · A donde ¸ y ˛ son dos números reales que determinare-mos. c Verificar que : B =5 · A 1 d Demuestre que si A · X = Y entonces 5 · X = B · Y . Parte B: procedimiento de codificación Codifique la palabra ˇ ET ı, utilizando el procedimiento de cod-ificación descrito a continuación. La palabra que se va a codificar se sustituye por la matriz X = x 1 x 2 , donde x 1 es el número entero que representa la primera letra de la palabra y x 2 el número entero que representa la segunda, según la tabla de correspondencias siguiente : A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 La matriz X se transforma en la matriz y 1 y 2 de tal manera que : Y = A · X . La matriz Y se transforma en la matriz R = r 1 r 2 , donde r 1 es el resto de la división euclidiana de y 1 por 26 y r 2 es el resto de la división euclidiana de y 2 por 26 Los números enteros r 1 y r 2 dan las letras de la palabra codificada, según la tabla de correspondencias anterior. Ejemplo : ˇ Ou ı (palabra a codificar) X 14 20 Y = 76 82 R = 24 4 ˇ YE ı (palabra codificada) Parte C : procedimiento de descodificación (se conser-van las mismas notaciones que para la codificación) Durante la codificación, la matriz X se transformó en la ma-triz Y = y 1 y 2 de tal manera que : Y = A · X https://chingmath.fr chapExoCorrec/6253 sacados/6253
1 Demostrar que : 5 · x 1 = 2 · y 1 y 2 5 · x 2 = 3 · y 1 + 4 · y 2 2 Utilizando la pregunta 1 b de la parte A , establecer que : x 1 16 · y 1 + 5 · y 2 ( mod. 26) x 2 15 · y 1 + 6 · y 2 ( mod. 26) 3 Descifrar la palabra ˇ QP ı. E.6938 Parte A Consideremos las matrices M de la forma M = a b 5 3 , donde a y b son números enteros. El entero 3 a 5 b se denomina determinante de M . Se denota por det( M ) . Así : det( M )=3 a 5 b 1 En esta pregunta, suponemos que det( M ) =0 y estable-cemos : N = 1 det( M ) · 3 b 5 a . Justificar que N es el inverso de M . 2 Consideramos la ecuación ( E ) : det( M )=3 Se desea determinar todos los pares de números enteros ( a ; b ) , soluciones de la ecuación ( E ) . a Verificar que el par (6 ; 3) es una solución de ( E ) . b Demuestre que el par de números enteros ( a ; b ) es solu-ción de ( E ) si, y solo si, 3 · ( a 6)=5 · ( b 3) Deduzca el conjunto de soluciones de la ecuación ( E ) . Parte B 1 Se establece : Q = 6 3 5 3 Utilizando la parte A , determine la matriz inversa de Q . 2 Codificación con la matriz Q Para codificar una palabra de dos letras utilizando la ma-triz Q = 6 3 5 3 , se utiliza el siguiente procedimiento : Paso 1: Se asocia a la palabra la matriz X = x 1 x 2 , donde x 1 es el número entero correspondiente a la primera letra de la palabra y x 2 el número entero cor-respondiente a la segunda letra de la palabra, según la tabla de correspondencias siguiente : A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Paso 2: La matriz X se transforma en la matriz Y = y 1 y 2 tal que Y = Q · X Paso 3: La matriz Y se transforma en la matriz R = r 1 r 2 tal que r 1 es el resto de la división euclidiana de y 1 por 26 y r 2 es el resto de la división euclidiana de y 2 por 26 . Paso 4 : A la matriz R = r 1 r 2 se le asocia una pal- abra de dos letras según la tabla de correspondencias del paso 1. Ejemplo : La palabra JE se codifica como la palabra OE . JE ↦→ X = 9 4 ↦→ Y = 66 57 ↦→ R = 14 5 ↦→ OF Codificar la palabra DO . 3 Procedimiento de descodificación Se conservan las mismas notaciones que para la codifi-cación. Durante la codificación, la matriz X se transformó en la matriz Y tal que Y = Q · X . a Demostrar que 3 X =3 · Q 1 · Y , y luego que : 3 · x 1 3 · r 1 3 · r 2 ( mod. 26) 3 · x 2 5 · r 1 + 6 · r 2 ( mod. 26) b Observando que 9 × 3 1 ( mod. 26) , demostrar que : x 1 r 1 r 2 ( mod. 26) x 2 7 · r 1 + 2 · r 2 ( mod. 26) c Descifrar la palabra SG E.6940 Se dispone de dos urnas U y V que contienen cada una dos bolas. Al principio, la urna U contiene dos bolas blancas y la urna V contiene dos bolas ne-gras. Se realizan sucesivas extracciones de estas urnas de la sigu-iente manera : cada extracción consiste en tomar al azar, de forma simultánea, una bola de cada urna y colocarla en la otra urna. Para todo número natural n distinto de cero, se denota X n la variable aleatoria igual al número de bolas blancas que con-tiene la urna U al final de la n -ésima extracción. 1 a Traducir la probabilidad en una frase : P ( X n =1) X n +1 =1 y determinar las siguientes probabilidades condi-cionales : P ( X n =0) X n +1 =1 menos2cm; menos2cm P ( X n =1) X n +1 = 1 menos2cm; menos2cm P ( X n =2) X n +1 =1 b Expresar P X n +1 =1 en función de P X n =0 , P X n =1 y P X n =2 . 2 Para todo número natural n distinto de cero, se denota por R n la matriz definida por: R n = P X n =0 P X n =1 P X n =2 y consideramos M la matriz: 0 1 0 1 4 1 2 1 4 0 1 0 Denotamos R 0 la matriz línea 0 0 1 . A continuación, admitiremos que, para todo n N : R n +1 = R n · M Determinar R 1 y justificar que, para todo n N : R n = R 0 · M n . 3 Se admite que M = P · D · P 1 con : P = 1 6 · 2 3 1 1 0 1 2 3 1 ; D = 1 2 0 0 0 0 0 0 0 1 https://chingmath.fr chapExoCorrec/6938 sacados/6938 chapExoCorrec/6940 sacados/6940
P 1 = 1 2 1 1 0 1 1 4 1 Establecer que, para todo n N : M n = P · D n · P 1 . Se admitirá que, para todo número natural : D n = 1 2 n 0 0 0 0 0 0 0 1 4 a Calcular D n · P 1 en función de n . b Sabiendo que R 0 · P = 1 3 1 2 1 6 , determinar los coeficientes de R n en función de n . 5 Determinar : lim n ↦→ + P X n =0 , lim n ↦→ + P X n =1 y lim n ↦→ + P X n =2 . Interpretar estos resultados. E.6942 El objetivo de este ejercicio es estudiar, a partir de un ejemplo, un método de cifrado publi-cado en 1929 por el matemático y criptólogo Lester Hill. Este cifrado se basa en una matriz A , conocida únicamente por el emisor y el destinatario. A lo largo de todo el ejercicio, se denota A la matriz definida por: A = 5 2 7 7 Parte A - Cifrado de Hill Estos son los diferentes pasos del cifrado para una palabra que contiene un número par de letras : Paso 1: Se divide la palabra en bloques de dos letras consecuti-vas y, a continuación, se realizan los siguientes pasos para cada bloque. Paso 2: Se asocian a las dos letras del bloque los dos números enteros x 1 y x 2 , ambos comprendidos entre 0 y 25 , que corresponden a las dos letras en el mismo orden, en la siguiente tabla : A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Paso 3: Se transforma la matriz X = x 1 x 2 en la matriz Y = y 1 y 2 verificando Y = A · X . Paso 4: Transformamos la matriz Y = y 1 y 2 en la matriz R = r 1 r 2 , donde r 1 es el resto de la división euclidiana de y 1 por 26 y r 2 el de la división euclidiana de y 2 por 26 . Paso 5: Los números enteros r 1 y r 2 se asocian a las dos letras correspondientes de la tabla del paso 2 El bloque cifrado es el bloque obtenido yuxtaponiendo estas dos letras. Pregunta : utilizar el método de cifrado mostrado para cifrar la palabra ˇ HILL ı. Partie B - Algunas herramientas matemáticas nece-sarias en déchiffrement 1 Soit a un número entero relativo primo con 26 . Demuestre que existe un número entero relativo u tal que : u × a 1 ( mod. 26) . 2 On considere la función f de un algoritmo que toma como argumento un número natural a primero con 26 . Función f(a) u 0 r 0 Tant que r = 1 u u+1 r resto de la división euclidienne de u × a por 26 Fin de Mientras Send u La función f con el valor del parámetro a=21 . a Reproduce en la copia y completa la siguiente tabla, con los distintos valores que toman las variables u et v al llamar a la función f . u 0 1 2 · · · r 0 21 · · · · · · b En deduzca que : 5 × 21 1 ( mod. 26) . 3 Recordemos que A es la matriz A = 5 2 7 7 y anotemos I la matriz: I = 1 0 0 1 a Calcular la matriz: 12 · A A 2 b Deduzca la matriz B tal que : B · A =21 · I c Demuestre que si A · X = Y entonces 21 · X = B · Y . Parte C - Descifrado Queremos descifrar la palabra V LUP . Denotemos por X = x 1 x 2 la matriz asociada, según la tabla de correspondencias, a un bloque de dos letras antes del cifrado, y por Y = y 1 y 2 la matriz definida por la igualdad : Y = A · X = 5 2 7 7 · X Si r 1 y r 2 son los restos respectivos de y 1 y y 2 en la división euclidiana por 26 , el bloque de dos letras después del cifrado se asocia a la matriz R = r 1 r 2 . 1 Demostrar que : 21 · x 1 = 7 · y 1 2 · y 2 21 · x 2 = 7 · y 1 + 5 · y 2 2 Utilizando la pregunta B 2 , establecer que : x 1 9 · r 1 + 16 · r 2 ( mod. 26) x 2 17 · r 1 + 25 · r 2 ( mod. 26) https://chingmath.fr chapExoCorrec/6942 sacados/6942
3 Descifrar la palabra VLUP, asociada a las matrices 21 11 y 20 15 . E.6948 Un fumador decide dejar de fumar. Se opta por utilizar el siguiente modelo : si no fuma un día determinado, no fuma al día siguiente con una probabilidad de 0 ; 9 ; si fuma un día determinado, fuma al día siguiente con una probabilidad de 0 ; 6 . Denominamos p n a la probabilidad de no fumar el día n de-spués de su decisión de dejar de fumar y q n a la probabilidad de fumar el día n después de su decisión de dejar de fumar. Supongamos que p 0 =0 y q 0 =1 . 1 Calcular p 1 y q 1 . 2 Utilizamos una hoja de cálculo para automatizar el cál-culo de los términos sucesivos de las sucesiones p n y q n . A continuación se muestra una captura de pan-talla de esta hoja de cálculo: A B C D 1 n p n q n 2 0 0 1 1 3 1 4 2 5 3 En la columna A figuran los valores del número natural n . ¾Qué fórmulas se pueden escribir en las celdas B3 et C3 para que, al copiarlas hacia abajo, se obtengan respecti-vamente en las columnas B et C los términos sucesivos de las sucesiones p n y q n ? 3 Se definen las matrices M y, para todo número natural n , X n por: M = 0 ; 9 0 ; 4 0 ; 1 0 ; 6 et X n = p n q n . Se admite que X n +1 = M · X n y que, para todo número natural n , X n = M n · X 0 Se definen las matrices A y B mediante : A = 0 ; 8 0 ; 8 0 ; 2 0 ; 2 et B = 0 ; 2 0 ; 8 0 ; 2 0 ; 8 a Demostrar que : M = A +0 ; 5 · B b Verificar que A 2 = A y que : A · B = B · A = 0 0 0 0 . Se admite en lo sucesivo que, para todo número natural n estrictamente positivo: A n = A ; B n = B . c Demostrar que, para todo número natural : M n = A + 0 ; 5 n · B d Deduzca que, para todo número natural n : p n = 0 ; 8 0 ; 8 × 0 ; 5 n e A largo plazo, ¾se puede afirmar con certeza que el fumador dejará de fumar? E.6949 Se dan las matrices : M = 1 1 1 1 1 1 4 2 1 ; I = 1 0 0 0 1 0 0 0 1 Parte A. 1 Determinar la matriz M 2 . Se da : M 3 = 20 10 11 12 2 9 42 20 21 2 Verificar que : M 3 = M 2 +8 · M +6 · I 3 Deduzca que M es invertible y que : M 1 = 1 6 · M 2 M 8 · I . Parte B: Estudio de un caso particular. Se busca determinar tres números enteros a , b y c tales que la parábola de ecuación y = a · x 2 + b · x + c pase por los puntos : A (1 ; 1) ; B ( 1 ; 1) ; C (2 ; 5) 1 Demostrar que el problema consiste en buscar tres números enteros a , b y c tales que : M · a b c = 1 1 5 2 Calcular los números a , b y c y comprobar que estos números son enteros. Parte C : Volver al caso general. Los números a , b , c , p , q , r son enteros. En un sistema de coordenadas O ; i ; j , consideramos los puntos A (1 ; p ) , B ( 1 ; q ) y C (2 ; r ) . Buscamos los valores de p , q y r para que exista una parábola de ecuación : y = a · x 2 + b · x + c que pase por A , B y C . 1 Demostrar que si a b c = M 1 · p q r con a , b y c enteros, entonces : 3 p + q + 2 r 0 ( mod. 6) 3 p 3 q 0 ( mod. 6) 6 p + 2 q 2 r 0 ( mod. 6) 2 Deduzca que : q r 0 ( mod. 3) p q 0 ( mod. 2) 3 Recíprocamente, se admite que si : q r 0 ( mod. 3) p q 0 ( mod. 2) A , B , C ne sont pas alignés entonces existen tres números enteros a , b y c tales que la parábola de ecuaciones : y = a · x 2 + b · x + c pasa por los puntos A , B y C . a Demuestra que los puntos A , B y C están alineados si, y solo si : 2 · r + q 3 · p =0 . b Se elige p =7 . Determinar los números enteros q , r , a , https://chingmath.fr chapExoCorrec/6948 sacados/6948 Liban Mai 2015 chapExoCorrec/6949 sacados/6949
b y c tales que la parábola de ecuación y = a · x 2 + b · x + c pase por los puntos A , B y C . E.8146 Asia Junio de 2018 E.8150 Nueva Caledonia Noviembre 2018 5 puntos https://chingmath.fr sacados/8146 Asie Juin 2018 Asie sacados/8150