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Niveau Licence Maths 1e ann
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intégrales généralisés et théorèmes des résidus

Posté par
lachgar
30-01-17 à 14:55

Bonjour à tous .
Est ce qu'il existe une méthode spécifique pour calculer un intégrale avec l'infini aux bornes ?
par exemple:   \int_{-\infty }^{+\infty }\frac{x²}{(x²+3)(x²+4)}

Merci beaucoup.

Posté par
lionel52
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 15:05

Bah oui comme tu dis théorème des résidus!
Tu prends comme chemin le demi cercle de rayon R dans la partie haute du plan complexe et tu fais tendre R vers l'infini

Posté par
Glapion Moderateur
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 15:06

Ici on peut trouver une primitive et calculer l'intégrale.
on commence par décomposer en éléments simples
x²/((x²+3)x²+4)) = 4/(x²+4)-3/(x²+3) puis on intègre, ça donne des arctan, etc ...

Posté par
Razes
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 15:08

Pour te mettre sur la voie.

\frac{x^2}{(x^2+3)(x^2+4)}=\frac{A}{x^2+3}+\frac{B}{x^2+4}

C'est quoi la dérivé de \arctan(x)

De plus f(x)=\frac{x^2}{(x^2+3)(x^2+4)} est paire

Posté par
lachgar
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 15:26

Merci beaucoup pour vos réponses, mais la question était d'utiliser le théorème de résidus.
Donc est ce que j'obtiendrai le même résultat si je tend R vers l'infini ?  

Posté par
jsvdb
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 15:43

Bonjour lachgar
Eh bien, ce sera justement le moment de vérifier que tous les chemin mènent à Rome !

Posté par
Razes
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 15:51

En principe OUI.

Tu dois intégrer la fonction f tel que  f(z)=\frac{z^2}{(z^2+3)(z^2+4)}, le long de l'axe réel entier dans le plan complexe.

Donc on prendra un demi cercle de rayon R de façon que les points singuliers du demi plan supérieur y soient à l'intérieur.

Nos points singuliers sont \pm i\sqrt{3} et \pm i\sqrt{4}=\pm 2i

Donc les points à utiliser sont i\sqrt{3} et 2i

Posté par
lachgar
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 16:01

Razes @ 30-01-2017 à 15:51

En principe OUI.

Tu dois intégrer la fonction f tel que  f(z)=\frac{z^2}{(z^2+3)(z^2+4)}, le long de l'axe réel entier dans le plan complexe.

Donc on prendra un demi cercle de rayon R de façon que les points singuliers du demi plan supérieur y soient à l'intérieur.

Nos points singuliers sont \pm i\sqrt{3} et \pm i\sqrt{4}=\pm 2i

Donc les points à utiliser sont i\sqrt{3} et 2i

Puis on applique directement la relation :

\int_{-\infty }^{+\infty }{f(z) dz=}2i\pi Res(f,z_{0})

N'est ce pas?

Posté par
lionel52
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 16:11

Bah y a 2 points singuliers donc tu choisis quoi pour z0?

Posté par
lachgar
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 16:29

lionel52 @ 30-01-2017 à 16:11

Bah y a 2 points singuliers donc tu choisis quoi pour z0?
Je pense que je dois les choisir tous les deux ( 2i  et  \sqrt{3}i)
  Puisqu'ils sont tous avec des parties imaginaires positives.

Posté par
Razes
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 17:22

Oui les deux points.

Posté par
Razes
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 17:26

\int_{-\infty }^{+\infty }{f(z) dz=}2i\pi( Res(f,z_1)+Res(f,z_{z_2}))

Posté par
lachgar
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 17:31

Merci beaucoup ,mais pourquoi on doit toujours préciser qu'il s'agit d'un demi cercle ,alors qu'on peut tout simplement dire les Res(f,z) tel que Im(z)0  ?

Posté par
jsvdb
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 17:36

C'est toujours sympa des demi-cercles. Mais tu peux évidemment prendre des chemins du diable quelconques autour des singularités et ... euh ! bah ! sans moi ...

Posté par
lachgar
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 17:43

rebonjour.
Je sais bien que le chemin pris est un demi cercle  ,mais ce que je veux dire c'est que le demi cercle n'intervient pas dans les calcules selon les réponses ci-dessus . Donc on peut simplement conditionner aux singularités qu'elles aient une partie imaginaire positive

Posté par
Razes
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 17:55

Tout à fait on peut prendre un chemin quelconque. Mais c'est plus judicieux d'utiliser des cercles et demis cercles quand souhaitent majorer la fonction.

Ton expression de l'intégrale est en partie fausse car tu as négligé un terme sans en apporter la preuve.

\int_{-\infty }^{+\infty }{f(z) dz+\int_{C }{f(z) dz=}2i\pi( Res(f,z_1)+Res(f,z_{z_2}))

On doit démontrer que l'intégrale \int_{C }{f(z) dz est egale à zéro et c'est là ou le choix du demi cercle devient intéressant.

Posté par
Razes
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 17:59

J'ai oublier de préciser  que C est le demi cercle de rayon R.

Posté par
lionel52
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 18:01

Et le but c'est d'avoir un chemin qui reproduise l'intervalle ]-oo;+oo[. Avec un demi cercle, la base la reproduit. Avec un cercle pas vraiment !

Posté par
lachgar
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 18:09

Razes @ 30-01-2017 à 17:55

Tout à fait on peut prendre un chemin quelconque. Mais c'est plus judicieux d'utiliser des cercles et demis cercles quand souhaitent majorer la fonction.

Ton expression de l'intégrale est en partie fausse car tu as négligé un terme sans en apporter la preuve.

\int_{-\infty }^{+\infty }{f(z) dz+\int_{C }{f(z) dz=}2i\pi( Res(f,z_1)+Res(f,z_{z_2}))

On doit démontrer que l'intégrale \int_{C }{f(z) dz est égale à zéro et c'est là ou le choix du demi cercle devient intéressant.

Alors là je suis d'accord .
Dans le cours on montre par l'inégalité de Cauchy que  l'intégral sur le premier chemin (\gamma tend vers 0.

Posté par
Razes
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 18:18

Enfin.
Tu es à M5?

intégrales généralisés et théorèmes des résidus

Posté par
Razes
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 18:19

Et pour le montrer?

Posté par
lachgar
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 18:29

j'aurais la montré avec le théorème des résidus ,mais sur le dessin, les singularités sont à l'intérieure du demi cercle, donc ça ne sera pas 0.

Posté par
lionel52
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 18:32

L'intégrale sur le demi cercle + base est constante et vaut la somme des 2 résidus
L'intégrale sur [-R,R] tend vers l'intégrale que tu cherches
L'intégrale sur le demi cercle tend vers 0 quand R->+oo

Posté par
Razes
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 18:36

Tout à fait Lionel; il reste à  Lachgar de démontrer le troisième point.

Posté par
lachgar
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 18:47

merci à vous
Et si on est dans le cas   \frac{P(z)}{Q(z)}    avec  deg Q-deg P\succ 2
Est ce que ça va simplifier quelque chose?

Posté par
Razes
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 18:53

C'est sur que ça aider.

Posté par
lachgar
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 19:02

Razes @ 30-01-2017 à 18:53

C'est sur que ça aider.

Parce que cette condition est donné au début de de la propriété dans mon cours, et je pense que nous travaillons qu'avec ce genre ,et c'est pour ce la qu'on a montré que le deuxième terme est nul.
N'est ce pas?

Posté par
lachgar
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 19:16

Je vous remercie sincèrement d'avoir pris le temps de me répondre.

Posté par
Razes
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 19:39

\left |\int_{C }f(z) dz   \right | =\left |\int_{C }\frac{z^2}{(z^2+3)(z^2+4)} dz \right |\leq \frac{R^2}{(R^2-3)(R^2-4)}\pi R
Tu vois pourquoi l'histoire des degrés est importante.

Cherche la limite du terme majorant.

Posté par
lachgar
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 19:50

ça tend ver 0 (\frac{1}{\infty }) et donc l'autre tend aussi vers 0 puisqu'il est inférieur

Posté par
Razes
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 19:53

CQFD

Posté par
Razes
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 19:54

inférieur et positif.

Posté par
lachgar
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 19:56

Razes @ 30-01-2017 à 19:54

inférieur et positif.
D'accord

Posté par
Razes
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 19:58

Dommage pour le match d'hier.

Posté par
Razes
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 20:00

As tu calculé les résidus?

Posté par
lachgar
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 20:02

Razes @ 30-01-2017 à 19:58

Dommage pour le match d'hier.
C'est pas grave On est déjà en quart de finale...hahaha

Posté par
lachgar
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 20:03

Oui je les ai calculé

Posté par
lachgar
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 20:08

\sum{Res}= \frac{i\sqrt{3}}{2} -i

Posté par
Razes
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 20:24

Oui, c'est ça.
Pour le match, on aurait pu gagner. Mais on a gagné un bon entraineur et on s'est débarrassé de cette racaille de Zaki.

Posté par
lachgar
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 20:29

Oui vraiment.
Vous êtes Marocain donc?

Posté par
Razes
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 20:45

oui

Posté par
lachgar
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 20:52

Merci beaucoup encore une fois pour toutes ces explications .

Posté par
Razes
re : intégrales généralisés et théorèmes des résidus 30-01-17 à 20:53

C'est avec plaisir.



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