Les Séries Entières : Étude complète
Prérequis : Suites et séries de fonctions.
I. Définitions

.
Étant donné une suite
_{n \in \mathbb{N}})
de nombres complexes, on lui associe la série de fonctions

où :

est dite
la série entière associée à
_{n \in \mathbb{N}})
dont elle est appelée
la suite des coefficients.

est dite série entière de la variable réelle si

, et de la variable complexe si

.
Une série entière de coefficients
)
se note généralement :

ou

.
II. Convergence d'une série entière
1. Rayon de convergence
Lemme d'Abel :
Soit

une série entière et

tq
_n)
est bornée.
Alors, pour tout

on a :

entraîne

converge absolument.
Théorème - Définition :
Soit

une série entière. Alors il existe un unique nombre noté

avec

tq :

s'appelle le
rayon de convergence de

.
Exemple :

:
Pour
)
;

converge absolument.
Pour
![|z| > 1 \, : \, \left|\displaystyle \frac{n}{n^2+1} z^n \right| = \displaystyle \frac{n}{n^2+1} |z|^n \xrightarrow[n\to+\infty]{} +\infty](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?|z| > 1 \, : \, \left|\displaystyle \frac{n}{n^2+1} z^n \right| = \displaystyle \frac{n}{n^2+1} |z|^n \xrightarrow[n\to+\infty]{} +\infty)
;

diverge.
Donc
Proposition :
Soit

une série entière de rayon de convergence

. Alors :
 \text{ bornée } \rbrace )
.

.

.
![R = \sup_{\bar{\mathbb{R}}} \lbrace |z| / z \in \mathbb{K} \text{ et } a_nz^n \xrightarrow[n \to +\infty]{} 0 \rbrace](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?R = \sup_{\bar{\mathbb{R}}} \lbrace |z| / z \in \mathbb{K} \text{ et } a_nz^n \xrightarrow[n \to +\infty]{} 0 \rbrace)
.
 \text{ converge } \rbrace )
.
Notation et vocabulaire :
Soit

une série entière de rayon de convergence

. Alors
 = \lbrace z \in \mathbb{K} / |z| < R \rbrace)
est appelé le
disque de convergence de

.
En particulier, si

,
![D(0,R) = ]-R , R[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?D(0,R) = ]-R , R[)
; on l'appelle l'intervalle de convergence.
Remarques :
1) Si

est la somme de la série entière

, alors :
 \subset D_f \subset \overline{D(0 , R)})
.
2) Si

:

converge

converge.
Ou :

convergence absolument

converge absolument.
Alors :
Proposition :
Soit

et

deux séries entières de rayon de convergence

respectivement.
Si

, alors :

.
Proposition :
Soit

et

deux séries entières de rayon de convergence

respectivement.
S'il existe

tq :

, alors :

.
Proposition :
Soit

une fonction rationnelle n'ayant pas de pôles entiers. Alors le rayon de convergence de
z^n)
est égal à 1.
Remarque :
L'utilisation de la règle de D'Alembert est pratique surtout pour les séries entières dites lacunaires :
C'est-à-dire les séries de la forme
})
tq

une extractrice et :
} = \displaystyle \sum_{n \geq 0} a_n z^n)
avec
Exemple :

avec

:
Pour

, on pose :
 = \displaystyle \frac{na^n}{2^n} z^{3n})
.
![\forall n \geq 1 \, : \, \left| \displaystyle \frac{b_{n+1}(z)}{b_n(z)} \right| = \left| \displaystyle \frac{n+1}{n} \frac{a}{2} z^3 \right| = \displaystyle \frac{n+1}{n} \frac{|a|}{2} |z|^3 \xrightarrow[n\to+\infty]{} \displaystyle \frac{|a|}{2} |z|^3](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?\forall n \geq 1 \, : \, \left| \displaystyle \frac{b_{n+1}(z)}{b_n(z)} \right| = \left| \displaystyle \frac{n+1}{n} \frac{a}{2} z^3 \right| = \displaystyle \frac{n+1}{n} \frac{|a|}{2} |z|^3 \xrightarrow[n\to+\infty]{} \displaystyle \frac{|a|}{2} |z|^3)
.
Si

(ie
^{\frac{1}{3}})
) : donc

converge absolument.
Si

(ie
^{\frac{1}{3}})
) : alors

diverge.
On déduit que
Proposition :
Soit

une série entière, soit

(resp.

resp.

) le rayon de convergence de

(resp.

et

). Alors
)
.
De plus :

.
Exemple : 
avec :
^n})
:

, donc

.

, donc

.
On en déduit que

.
Proposition :
Soit

une série entière de rayon de convergence

, soit

une fonction rationnelle n'ayant pas de pôles dans

.
Alors le rayon de convergence de
 a_n z^n)
est égal à

.
2. Convergence ponctuelle
Théorème :
Soit

une série entière de rayon de convergence

.
Alors

converge normalement sur tout compact inclus dans
Remarque :
Il se peut qu'une série entière de rayon de convergence positif ne converge pas normalement sur le disque
)
.
Corollaire :
La somme d'une série entière de rayon de convergence positif est continue sur le disque
)
.
III. Opérations sur les séries entières
Soit

,

deux séries entières de rayons de convergence

et

respectivement.
Soit

.
On pose :

,

et

.
On note

et

les rayons de convergence respectivement des séries entières :

,

et

.
i)
)
.
 \, \Longrightarrow \, \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty}(a_n + b_n)z^n = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} a_n z^n + \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} b_n z^n)
.
ii)

.
iii)
)
.
 \, \Longrightarrow \, \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \left(\displaystyle \sum_{k=0}^n a_k b_{n-k} \right)z^n = \left(\displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} a_n z^n \right) \left(\displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} b_n z^n \right))
.
IV. Propriétés de la somme d'une série entière de la variable réelle
Ici,

est une série entière de la variable réelle dont le rayon de convergence

est supposé positif et dont la somme est noté

.

est définie sur au moins
![]-R , R[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?]-R , R[)
, on rappelle que

est continue sur cet intervalle.
Théorème :
La série entière

est de rayon de convergence
De plus, on a :
![\forall x \in ]-R,R[ \, : \, \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} a_n \displaystyle \frac{x^{n+1}}{n+1} = \displaystyle \int_0^{x} f(t) \text{d}t](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?\forall x \in ]-R,R[ \, : \, \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} a_n \displaystyle \frac{x^{n+1}}{n+1} = \displaystyle \int_0^{x} f(t) \text{d}t)
.
Remarque :
Soit
![p , q \in ]-R , R[ \, : \, \displaystyle \int_{p}^q f(t) \text{d}t = \displaystyle \int_{0}^q f(t) \text{d}t - \displaystyle \int_{0}^p f(t) \text{d}t](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?p , q \in ]-R , R[ \, : \, \displaystyle \int_{p}^q f(t) \text{d}t = \displaystyle \int_{0}^q f(t) \text{d}t - \displaystyle \int_{0}^p f(t) \text{d}t)
.
 \text{d}t = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} a_n \displaystyle \frac{q^{n+1}}{n+1} - \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} a_n \displaystyle \frac{p^{n+1}}{n+1} = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} a_n \displaystyle \frac{q^{n+1}-p^{n+1}}{n+1} = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \displaystyle \int_{p}^q a_n t^n \text{d}t)
.
Autrement dit :
 \text{d}t = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \left(\displaystyle \int_p^q a_n t^n \text{d}t\right))
.
On dit qu'une série entière s'intègre terme à terme entre deux points quelconques de son intervalle de convergence .
Théorème :
Pour tout

, la série entière
!} x^{n-k})
a pour rayon de convergence

.

est de classe

sur
![]-R , R[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?]-R , R[)
et on a :
![\forall k \in \mathbb{N} \, , \, \forall x \in ]-R , R[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?\forall k \in \mathbb{N} \, , \, \forall x \in ]-R , R[ )
:
} (x) = \displaystyle \sum_{n=k}^{+\infty} a_n \displaystyle \frac{n!}{(n-k)!} x^{n-k})
.
Exemple :
Soit
 = \displaystyle \sum_{n=2}^{+\infty} \displaystyle \frac{x^n}{n(n-1)})
.
On a :

;

est donc définie et continue sur
![]-1 , 1[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?]-1 , 1[)
.
)
et
)
existent, donc :
![D_f = [-1 , 1]](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?D_f = [-1 , 1])
.
![\forall n \geq 2 \, , \, \forall x \in [-1,1] \, : \, \left| \displaystyle \frac{x^n}{n(n-1)} \right| \leq \displaystyle \frac{1}{n(n-1)} = \alpha_n](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?\forall n \geq 2 \, , \, \forall x \in [-1,1] \, : \, \left| \displaystyle \frac{x^n}{n(n-1)} \right| \leq \displaystyle \frac{1}{n(n-1)} = \alpha_n)
.

converge, donc

est somme uniforme sur
![[-1 , 1]](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?[-1 , 1])
d'une série de fonctions continue sur
![[-1 , 1]](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?[-1 , 1])
, alors

est continue sur
![[-1,1]](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?[-1,1])
.

est de classe

sur
![]-1,1[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?]-1,1[)
:
 = \displaystyle \sum_{n=2}^\infty \frac{x^{n-1}}{n-1})
et
 = \displaystyle \sum_{n=2}^{+\infty} x^{n-2} = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} x^n = \displaystyle \frac{1}{1-x})
.
 = \displaystyle \int_{0}^x f''(t) \text{d}t)
(car
 = 0)
).
Donc :
 = \displaystyle \int_{0}^x f''(t) \text{d}t = \displaystyle \int_{0}^x \displaystyle \frac{\text{d}t}{1-t} = -\ln(1-x))
.
et puisque
 = 0)
,
![f(x) = \displaystyle \int_{0}^x f'(t) \text{d}t = (1 - x) \ln(1 - x) + x \hspace{20pt} \forall x \in ]-1 , 1[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?f(x) = \displaystyle \int_{0}^x f'(t) \text{d}t = (1 - x) \ln(1 - x) + x \hspace{20pt} \forall x \in ]-1 , 1[)
.
Donc :
![\boxed{f(x) = \displaystyle \sum_{n=2}^{+\infty} \displaystyle \frac{x^n}{n(n-1)} = (1 - x)\ln(1 - x) + x \hspace{20pt} \forall x \in ]-1 , 1[}](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?\boxed{f(x) = \displaystyle \sum_{n=2}^{+\infty} \displaystyle \frac{x^n}{n(n-1)} = (1 - x)\ln(1 - x) + x \hspace{20pt} \forall x \in ]-1 , 1[})
.
Remarque :
On avait obtenu :
![\forall x \in ]-1 , 1[ \, : \, \displaystyle \sum_{n=2}^{+\infty} \displaystyle \frac{x^n}{n(n-1)} = (1-x)\ln(1-x) + x](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?\forall x \in ]-1 , 1[ \, : \, \displaystyle \sum_{n=2}^{+\infty} \displaystyle \frac{x^n}{n(n-1)} = (1-x)\ln(1-x) + x)
.
Donc :
 = \displaystyle \lim_{n\to-1^+} f(x) = 2\ln 2 -1)
, on en déduit :
^n}{n(n-1)} = 2\ln2-1)
.
Essayons de démontrer ce résultat directement en étudiant la somme partielle de la série :
Soit
On conclut que la méthode des séries entières est plus performante que la méthode directe.
Rappel : La constante d'Euler
On pose :
Etudions la convergence de la suite
)
en introduisant la série téléscopique

tq :
Donc :

.
La suite étant réelle,

à partir d'un certain rang

(

est à terme positif à partir du rang

) .
Donc :

converge, alors :

converge.
On en déduit que :
)
converge.
Définition :
La limite de la suite
 \right)_{n\geq 1})
est appelée la constante d'Euler, on la note

.
Remarque :
On a :
 - \gamma = o(1))
, d'où :
V. Développement en série entière (DSE)
1. Généralités

est un intervalle de

tq

.
Définition :
Soit

et

tq :
![]-r , r[ \subset I](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?]-r , r[ \subset I)
.
On dit que

est développable en série entière (DSE) sur
![]-r , r[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?]-r , r[)
ssi il existe une série entière

de rayon de convergence

tq :
![\forall x \in ]-r , r[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?\forall x \in ]-r , r[)
:
 = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} a_n x^n)
.
De manière plus générale si

et si on dit que f est développable en série entière au voisinage de

s'il existe

tel que
![]x_0 - r , x_0 + r[ \subset I](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?]x_0 - r , x_0 + r[ \subset I)
et une série entière

de rayon de convergence

tels que
Définition :
Soit

, on dit que

DSE au voisinage de

ssi il existe

tq :
On note :
)
.
Exemples :
La fonction

est DSE sur

avec :

.
La fonction

est DSE sur
![]-1 , 1[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?]-1 , 1[)
avec :

.
Soit

,

:

est définie sur
![]-|a| , |a|[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?]-|a| , |a|[)
.
Sur cet intervalle,

est DSE.
En effet,
Or :
D'où :
 = \displaystyle \frac{1}{a} \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \left(\frac{x}{a} \right)^n)
, donc :

.
Soit

polynômiale de degré

:
Alors :
 = a_0 + a_1x + \cdots + a_px^p)
avec

et

.
En posant

.

converge pour tout

de somme
)
.
Toute fonction polynômiale est DSE sur

et elle est son propre développement.
Théorème :
Soit

DSE sur
![]-r , r[ \subset I](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?]-r , r[ \subset I)
avec
 = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} a_n x^n)
. Alors :

est de classe

sur
![]-r , r[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?]-r , r[)
.
}(0)}{n!})
.
Exemple :
Soit

; on a :
D'où :

.
Si
C'est-à-dire :
 = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \displaystyle \frac{x^n}{(n+1)^!})
.
Et cela reste vrai pour

; donc
 = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \displaystyle \frac{x^n}{(n+1)^!})
.
On conclut que

est DSE sur

donc

sur

.
Corollaire :
Soit

et

tq :
![]-r , r[ \subset I](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?]-r , r[ \subset I)
.
Si

est DSE sur
![]-r , r[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?]-r , r[)
avec
 = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} a_n x^n)
. Alors
_n)
est unique.
Exemple :
Soit
Méthode 1 :
Pour

et
^n x^n)
.
D'où, pour
 \left(\displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} (-1)^n x^n \right))
avec :
D'où :
 = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \left(\displaystyle \sum_{k=0}^{n} a_k (-1)^{n-k} \right) x^n = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \left(\displaystyle \sum_{k=0}^{E(\frac{n}{2})} a_{2k} (-1)^{n-2k} \right) x^n)
, pour
Donc la méthode 1) nous fournit :
 = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} (-1)^n \left(E \left(\displaystyle \frac{n}{2} \right) + 1 \right) x^n})
pour

.
Méthode 2 :
On a :
 = \displaystyle \frac{1}{(1-x)(1+x)^2})
et pour

:

.
Or,
^2} = \left(\frac{-1}{x+1}\right)' = -\left(\displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} (-1)^n x^n \right)' = -\displaystyle \sum_{n=1}^{+\infty} (-1)^{n} n x^{n-1} =\displaystyle \sum_{n=1}^{+\infty} (-1)^{n+1} n x^{n-1})
.
On obtient :
^2} = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} (-1)^{n} (n+1) x^{n})
.
Donc la méthode 2) nous fournit :
 = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \left(\displaystyle \sum_{n=0}^{n} (-1)^{k} (k+1) \right) x^{n}})
.
Méthode 3 :
Décomposons

en fractions rationnelles :
On obtient par calcul :
 = \displaystyle \frac{1}{4(1-x)} + \displaystyle \frac{1}{4(1+x)} + \displaystyle \frac{1}{2(1+x)^2} \\ = \frac{1}{4} \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} x^n + \displaystyle \frac{1}{4} \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} (-1)^n x^n + \displaystyle \frac{1}{2} \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} (-1)^n (n+1)x^n \\ = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \displaystyle \frac{1+(-1)^n+2(-1)^n(n+1)}{4} x^n = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \displaystyle \frac{1+(-1)^n(2n+3)}{4} x^n)
.
La méthode nous fournit :
Par unicité du DSE sur
![]-1 , 1[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?]-1 , 1[)
, on a :
Définiton :
Soit

de classe

.
La série entière
} (0) }{n!} x^n)
est appelée
la série de Taylor de

.
2. Techniques de calcul de DSE au voisinage de 0
Il existe plusieurs méthodes de calcul d'un DSE d'une fonction, nous citerons ici les plus utilisées, mais cela ne veut pas dire qu'elles sont les seules, on peut très bien avoir affaire à d'autres méthodes.
Notations et vocabulaire :
Si
 = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} a_n x^n)
(avec

) est un DSE sur
![]-r , r[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?]-r , r[)
alors le rayon de convergence de la série entière

est appelé le rayon de convergence du DSE de

.
Le plus grand intervalle ouvert
![]-r , r[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?]-r , r[)
sur lequel ce développement est valable s'appelle le domaine de validité du DSE de

, on le note

.
Remarque :

en général. (Avec

est le domaine de validité d'un DSE de

).
Contre exemple :

on a :
![D_v = ]-1 , 1[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?D_v = ]-1 , 1[)
et

.
Technique 1 : Utilisation des opérations sur les séries entières
Supposons :
 = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} a_n x^n)
,

et
 = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} b_n x^n)
,
En posant
)
, on a :

:
 + \eta g(x) = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \left(\lambda a_n + \eta b_n \right) x^n)
;

pour

.
 = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \left(\displaystyle \sum_{k=0}^{n} a_k b_{n-k} \right) x^n)
;

pour

.
Donc toute combinaison linéaire (resp. produit) de deux fonctions DSE(0) est une fonction DSE(0).
Exemples :
 \text{ et } x \longrightarrow sh(x))
:
On a :
De plus :

donc :
Alors :
Donc :
De même :

:
On a :
 = \displaystyle \frac{e^{ix}+e^{-ix}}{2})
:
On a :

et
Alors :
 = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \displaystyle \frac{i^n +(-i)^n}{2} \displaystyle \frac{x^n}{n!} = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty}i^{2n} \displaystyle \frac{x^{2n}}{2n!})
.
On conclut :
De même :
Technique 2 : Méthode de la dérivation et intégration
Soit

dérivable tq

admet un DSE sur
![]-r , r[ \subset I](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?]-r , r[ \subset I)
donné par :
 = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} a_n x^n)
.
Alors :
![\displaystyle \int_{0}^x f'(t)dt = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \displaystyle \frac{a_n}{n+1} x^{n+1} \, , \, \forall x \in ]-r , r[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?\displaystyle \int_{0}^x f'(t)dt = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \displaystyle \frac{a_n}{n+1} x^{n+1} \, , \, \forall x \in ]-r , r[)
.
D'où,
![\forall x \in ]-r , r[ \, : \, f(x) = f(0) + \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \displaystyle \frac{a_n}{n+1}x^{n+1}](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?\forall x \in ]-r , r[ \, : \, f(x) = f(0) + \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \displaystyle \frac{a_n}{n+1}x^{n+1})
.
Exemples :

est dérivable et
![f'(x) = \displaystyle \frac{1}{1+x} \, \forall x \in ]-1 , +\infty[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?f'(x) = \displaystyle \frac{1}{1+x} \, \forall x \in ]-1 , +\infty[)
.
Or
^n x^n)
pour tout

tq :

.
D'où :
 = f(0) + \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \displaystyle \frac{(-1)^n}{n+1} x^{n+1})
avec

.
C'est-à-dire :
 = \displaystyle \sum_{n=1}^{+\infty} \displaystyle \frac{(-1)^{n-1} x^n}{n} \, , \, |x| < 1})
.

est dérivable sur

et
 = \displaystyle \frac{1}{1+x^2})
.
On a :
^n x^{2n})
avec

.
D'où :
Donc :
 = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \displaystyle \frac{(-1)^n}{2n+1} x^{2n+1} \, , \, |x| < 1})
.
Technique 3 : Utilisation d'une équation differentielle linéaire
On considère l'équation différentielle linéaire d'ordre

:
 : y^{(n)} + a_{n-1}(x) y^{(n-1)} +\cdots + a_0(x) y = b(x))
où :
)
.
Etant donné

et

, on admet qu'il existe une unique solution

de
)
sur

tq :
Soit

de classe

.
Si on détermine toutes les solutions de
)
, DSE(0) et si l'une d'elle,

, vérifie :
Alors

, d'où

est DSE(0).
Dans la pratique, on se contentera du cas où les fonctions

sont rationnelles.
Exemple :

est dérivable et
 = a(1 + x)^{a - 1})
.

est donc solution sur
![]-1 , +\infty[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?]-1 , +\infty[)
de l'équation différentielle
 : (1+x)y' - ay = 0 \Longleftrightarrow y' - \displaystyle \frac{a}{x+1} y = 0)
.
Soit
![r \in ]0 , 1]](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?r \in ]0 , 1])
, soit
![\psi : ]-r , r[ \longrightarrow \mathbb{C}](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?\psi : ]-r , r[ \longrightarrow \mathbb{C})
de classe

et DSE sur
![]-r , r[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?]-r , r[)
.
Posons :
 = \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} a_n x^{n})
avec

.
 = \displaystyle \sum_{n=1}^{+\infty} n a_nx^{n-1})
.
On a :

est solution de
)
sur
![\Longleftrightarrow \, \forall x \in ]-r , r[ \, : \, \displaystyle \sum_{n=1}^{+\infty} na_n x^{n-1} + \displaystyle \sum_{n=1}^{+\infty} n a_n x^n - a \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} a_n x^n = 0 \\ \Longleftrightarrow \, \forall x \in ]-r , r[ \, : \, \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} (n+1)a_{n+1} x^n + \displaystyle \sum_{n=1}^{+\infty} n a_n x^n - a\displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} a_n x^n = 0 \\ \Longleftrightarrow \forall x \in ]-r , r[ \, : \, \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \left[(n + 1) a_{n+1} - (a - n)a_n \right] x^n = 0](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?\Longleftrightarrow \, \forall x \in ]-r , r[ \, : \, \displaystyle \sum_{n=1}^{+\infty} na_n x^{n-1} + \displaystyle \sum_{n=1}^{+\infty} n a_n x^n - a \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} a_n x^n = 0 \\ \Longleftrightarrow \, \forall x \in ]-r , r[ \, : \, \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} (n+1)a_{n+1} x^n + \displaystyle \sum_{n=1}^{+\infty} n a_n x^n - a\displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} a_n x^n = 0 \\ \Longleftrightarrow \forall x \in ]-r , r[ \, : \, \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty} \left[(n + 1) a_{n+1} - (a - n)a_n \right] x^n = 0)
.
Par unicité du DSE sur
![]-r , r[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?]-r , r[)
de la fonction nulle.

est solution de
)
sur
Remarque :
Formellement :

. On pouvait donc prendre

.

est solution de
)
sur
Or,
 = f(0) \, \Longleftrightarrow \, a_0 = 1)
.
On a donc trouvé le DSE de

sur
![]-r , r[](https://latex.ilemaths.net/latex-0.tex?]-r , r[)
et qui est :