QCM : Sommes finies et doubles (6 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Pour un entier naturel positif m=4m=4, quelle est la valeur de la somme alternée ∑k=12m(−1)kk2\sum_{k=1}^{2m}(-1)^k k^2 ?

3636
−36-36
3232
1818

$$36$$

Explication

La formule donne 2m2+m2m^2+m ; pour m=4m=4, cela vaut 2×16+4=362\times16+4=36. Omettre le terme linéaire conduit à 3232, inverser le signe donne −36-36, et prendre mm comme borne de la somme mène à une autre somme.

2. Pour calculer une somme alternée de carrés jusqu’à un indice pair, quelle démarche permet de la ramener aux formules usuelles ?

Réunir les indices pairs, puis utiliser uniquement la somme des entiers
Séparer les indices pairs et impairs, puis utiliser les sommes de carrés et d’entiers
Regrouper les indices consécutifs deux à deux, puis utiliser les sommes de cubes
Séparer les indices selon leur signe, puis utiliser les sommes de carrés et de cubes

Séparer les indices pairs et impairs, puis utiliser les sommes de carrés et d’entiers

Explication

La séparation des indices pairs et impairs transforme les deux groupes en expressions calculables avec les formules de sommes de carrés et d’entiers. Regrouper simplement les indices consécutifs ne réalise pas cette séparation, tandis que les sommes de cubes ne sont pas nécessaires.

3. Une somme double porte sur toutes les paires (i,j) (i,j) telles que 2≤i≤52\leq i\leq5 et 1≤j≤31\leq j\leq3. Pourquoi peut-on intervertir l’ordre des sommations ?

Les deux indices varient indépendamment sur un rectangle
Les deux indices doivent parcourir des intervalles identiques
L’interversion élimine les termes situés hors de la diagonale
Les deux indices sont liés par une inégalité triangulaire

Les deux indices varient indépendamment sur un rectangle

Explication

Sur un rectangle, le choix de ii ne dépend pas de celui de jj, donc inverser l’ordre des sommes conserve le même ensemble de termes. Un triangle lie les indices, des bornes identiques ne sont pas requises, et l’interversion ne retire pas de termes.

4. Dans une somme portant sur les couples d’entiers tels que m≤i≤j≤nm\leq i\leq j\leq n, comment les bornes des indices se comportent-elles ?

Les indices sont indépendants et les deux sommes ont les mêmes bornes variables.
Les indices sont indépendants et les bornes de la somme intérieure restent fixes.
Les indices sont liés et les bornes de la somme extérieure dépendent de l’indice intérieur.
Les indices sont liés et les bornes de la somme intérieure dépendent de l’indice extérieur.

Les indices sont liés et les bornes de la somme intérieure dépendent de l’indice extérieur.

Explication

Dans ce domaine triangulaire, la condition i≤ji\leq j lie les indices : les bornes intérieures varient avec l’indice extérieur. L’indépendance correspond au rectangle, et les deux autres erreurs inversent le rôle des indices ou confondent bornes fixes et variables.

5. Pour sommer les termes aija_{ij} du triangle 2≤i≤j≤62\leq i\leq j\leq 6 ligne par ligne, quelle écriture convient ?

∑i=26(∑j=26aij)\sum_{i=2}^{6}\left(\sum_{j=2}^{6}a_{ij}\right)
∑i=62(∑j=i6aij)\sum_{i=6}^{2}\left(\sum_{j=i}^{6}a_{ij}\right)
∑j=26(∑i=2jaij)\sum_{j=2}^{6}\left(\sum_{i=2}^{j}a_{ij}\right)
∑i=26(∑j=i6aij)\sum_{i=2}^{6}\left(\sum_{j=i}^{6}a_{ij}\right)

$$\sum_{i=2}^{6}\left(\sum_{j=i}^{6}a_{ij}\right)$$

Explication

En sommant ligne par ligne, on fixe ii puis jj parcourt les valeurs de ii à 6. Une borne intérieure fixe reprend à tort celle d’un rectangle, la troisième écriture somme colonne par colonne, et la dernière inverse les bornes extérieures.

6. Pour sommer les termes aija_{ij} du triangle 3≤i≤j≤73\leq i\leq j\leq 7 colonne par colonne, quelle écriture convient ?

∑j=37(∑i=3jaij)\sum_{j=3}^{7}\left(\sum_{i=3}^{j}a_{ij}\right)
∑j=37(∑i=37aij)\sum_{j=3}^{7}\left(\sum_{i=3}^{7}a_{ij}\right)
∑j=37(∑i=j7aij)\sum_{j=3}^{7}\left(\sum_{i=j}^{7}a_{ij}\right)
∑i=37(∑j=i7aij)\sum_{i=3}^{7}\left(\sum_{j=i}^{7}a_{ij}\right)

$$\sum_{j=3}^{7}\left(\sum_{i=3}^{j}a_{ij}\right)$$

Explication

Colonne par colonne, on fixe jj et l’indice ii va de 3 à jj, ce qui respecte i≤ji\leq j. Une borne intérieure fixe inclurait des termes hors du triangle ; la troisième expression correspond aux lignes et la dernière inverse l’inégalité.

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Quelle est la somme alternée des carrés jusqu’à 2m2m, pour m>0m>0 ?

2m2+m2m^2+m.

Pourquoi peut-on intervertir les sommes en ii et jj sur un rectangle d’indices ?

Leurs domaines d’indices sont indépendants.

Comment s’écrit une somme double sur [m,n]×[p,q][m,n]\times[p,q] avec une somme intérieure en jj ?

∑i=mn(∑j=pqaij)\sum_{i=m}^{n}\left(\sum_{j=p}^{q}a_{ij}\right)

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