grandes-ecoles 2025 Q7
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We fix $( p , q ) \in \left( \mathbf { N } ^ { * } \right) ^ { 2 }$ and set $\alpha _ { p , q } := \dfrac { p } { q }$. We define, for all $t \in \mathbf { R } _ { + }$, the application $I _ { p , q } : \mathbf { R } _ { + } \rightarrow \mathbf { R }$ by $$I _ { p , q } ( t ) := \int _ { 0 } ^ { 1 } \frac { x ^ { ( t + 1 ) \alpha _ { p , q } } } { 1 + x ^ { \alpha _ { p , q } } } d x$$ For all $x \in [ 0,1 ]$, calculate $\sum _ { k = 0 } ^ { n } \left( - x ^ { \alpha _ { p , q } } \right) ^ { k }$ then deduce that $$\phi _ { p , q } ( n ) = \frac { 1 } { q } \left( \int _ { 0 } ^ { 1 } \frac { 1 } { 1 + x ^ { \alpha _ { p , q } } } d x + ( - 1 ) ^ { n } I _ { p , q } ( n ) \right)$$