Dveloppement de Taylor, séries entières, fonctions usuelles
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Résumé: Séries entières. Calcul des fonctions
transcendantes usuelles. Chapitre 11 : Séries Entières - 3 : Somme d'une Série Entière de variable réelle. Soit f une fonction indéfiniment dérivable sur un intervalle I de
et x 0 I. On peut alors effectuer le développement de Taylor de f
en x 0 à l'ordre n
T n ( f)( x) = f ( x 0) + ( x - x 0) f' ( x 0) +... + ( x - x 0) n
et se demander si T n ( f) converge lorsque n tend vers
l'infini, si la limite est égale à f ( x) et si on peut facilement
majorer la différence entre f ( x) et T n ( f)( x). Si c'est le
cas, on pourra utiliser T n ( f)( x) comme valeur approchée de f ( x). On peut parfois répondre à ces questions simultanément en regardant le
développement de Taylor de f avec reste: il existe compris
entre x 0 et x tel que
R n ( x): = f ( x) - T n ( f)( x) = ( x - x 0) n+1
C'est le cas pour la fonction exponentielle que nous allons
détailler, ainsi que les fonctions sinus et cosinus.
- Chapitre 11 : Séries Entières - 3 : Somme d'une Série Entière de variable réelle
- Séries numériques - A retenir
Chapitre 11 : SÉRies EntiÈRes - 3 : Somme D'une SÉRie EntiÈRe De Variable RÉElle
Définition: Une série de Riemann est une série de la forme:
où
est un réel. Fondamental: La série de Riemann
converge si et seulement si. Définition: Une série de Bertrand est une série de la forme:
et
sont des réels. Fondamental: La série de Bertrand
converge si et seulement si
ou. Définition: Une série géométrique est une série de la forme:
est un réel ou un complexe. Une série est dérivée d'ordre p de la série géométrique
si elle est de la forme:
(définie pour). Fondamental: Les séries géométriques et leurs dérivées convergent si et seulement si:. Alors pour tout entier:. En particulier, si:... Définition: Une série exponentielle est une série de la forme:
est un réel ou un complexe. Séries numériques - A retenir. Fondamental: La série exponentielle
converge pour toute valeur de
et:. Fondamental: Conséquences: La série
converge pour tout réel
et:. La série
et:.
SÉRies NumÉRiques - A Retenir
L'exponentielle
Le sinus et le cosinus
Le sinus et le cosinus hyperbolique par combinaison d'exponentielles
Le binôme généralisé
Série entière - rayon de convergence
On appelle série entière toute série de fonctions de la forme $\sum_{n}a_nz^n$ où $(a_n)$ est une suite de nombres complexes et où $z\in\mathbb C$. Lemme d'Abel: Si la suite $(a_nz_0^n)$ est bornée, alors pour tout $z\in\mathbb C$ avec $|z|<|z_0|$, la série $\sum_n a_n z^n$
est absolument convergente. On appelle rayon de convergence de la série entière
$$R=\sup\{\rho\geq 0;\ (a_n\rho^n)\textrm{ est bornée}\}\in \mathbb R_+\cup\{+\infty\}. $$
Proposition: Soit $\sum_n a_nz^n$ une série entière de rayon de convergence $R$. Séries entières usuelles. Alors, pour tout $z\in \mathbb C$,
si $|z|R$, la série $\sum_n a_nz^n$ diverge grossièrement (son terme général ne tend pas vers 0);
si $|z|=R$, alors on ne peut pas conclure en général. Le disque ouvert $D(0, R)$ est alors appelé disque ouvert de convergence de la série entière. Corollaire (convergence normale): Soit $\sum_n a_nz^n$ une série entière de rayon de convergence $R>0$ et soit
$r\in]0, R[$.