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Niveau Licence Maths 1e ann
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licence 1 - développement limité arctan

Posté par
Azalea
18-04-19 à 15:37

Bonjour,
Je bloque sur un exercice sur un développement limité :
f(x) = arctan(\frac{2\times (1-x)}{1+4x})
au voisinage de 0, à l'ordre 5.

Alors j'ai la formule du DL de arctan(x), mais je ne vois pas comment démarrer l'exercice. Je pensais à faire une division suivant les puissances croissantes de 2(1-x) par 1+4x mais si c'est le cas, je ne vois pas du tout à quel ordre le faire !

Merci d'avance si vous avez une petite aide à me donner !

Posté par
matheuxmatou
re : licence 1 - développement limité arctan 18-04-19 à 15:45

bonjour

déjà l'intérieur de l'arctangente ne tend pas vers 0 ... en 0

Posté par
matheuxmatou
re : licence 1 - développement limité arctan 18-04-19 à 15:47

vérifie un peu ton énoncé

Posté par
Azalea
re : licence 1 - développement limité arctan 18-04-19 à 16:16

ah oui, c'est vrai, ça tend vers 2...

Posté par
luzak
re : licence 1 - développement limité arctan 18-04-19 à 18:39

Bonsoir !
Mais il n'est pas interdit d'écrire un développement limité de \arctan au point 2 !

Ceci dit je pense, comme matheuxmatou (que je salue) qu'il y a un problème d'énoncé.

Quant à l'ordre de calcul de ta division, c'est simple : pour un développement à l'ordre 5, ce quotient est à calculer au même ordre ainsi que le  développement de \arctan.

Posté par
verdurin
re : licence 1 - développement limité arctan 18-04-19 à 20:55

Bonsoir à tous.
J'ai le sentiment que le DL est demandé au voisinage de x=1.
Parce qu'un DL de arctan au voisinage de 2 et à l'ordre 5 c'est trop fatiguant pour le matheux moyen.

Mais si c'est quand même le cas on peut remarquer que

\dfrac{2\times (1-x)}{1+4x}=2-\dfrac{10x}{1+4x}

et que

\dfrac{10x}{1+4x}=10x\bigl(1-4x+16x^2-64x^3+256x^4+\text{o}(x^4)\bigr)
 \\ \phantom{\dfrac{10x)}{1+4x}}=10x-40x^2+160x^3-640x^4+2560x^5+\text{o}(x^5)

Posté par
larrech
re : licence 1 - développement limité arctan 18-04-19 à 21:17

Bonsoir,

La dérivée de f est assez simple f'(x)=\dfrac{-2}{1+4x^2} qui se développe facilement au voisinage de 0.
Après quoi on intègre terme à terme, la constante d'intégration étant évidemment égale à arctan(2)

Posté par
matheuxmatou
re : licence 1 - développement limité arctan 18-04-19 à 22:47

larrech
excellente idée ...

Posté par
larrech
re : licence 1 - développement limité arctan 18-04-19 à 22:56

Bonsoir matheuxmatou

Posté par
Azalea
re : licence 1 - développement limité arctan 19-04-19 à 18:59

Re,
Merci pour tous vos messages, j'ai reçu une aide qui m'a fait remarquer une égalité trigonométrique qui estarctan(a)-arctan(b) = arctan(\frac{a-b}{1+ab})
qui correspond bien à la fonction dont on nous demande le DL, on obtient ainsi f(x)=arctan(2)-arctan(2x)
et on peut bien faire le DL du deuxième terme, puisqu'il tend bien vers 0 en 0.
Le raisonnement est-il bon ?
Merci encore!

Posté par
luzak
re : licence 1 - développement limité arctan 19-04-19 à 23:11

Bonsoir !
La relation que tu proposes n'est pas tout à fait exacte (ele est fausse pour ab=-1 et aussi pour a=1,\;b=-2). Elle est valable à condition d'ajouter un multiple de \pi. En proposant des intervalles situant a,b elle est correcte et tu dois pouvoir l'utiliser !

Posté par
matheuxmatou
re : licence 1 - développement limité arctan 20-04-19 à 00:16

de toute façon depuis le début il n'y a aucun ensemble de précisé

Posté par Profil Ramanujanre : licence 1 - développement limité arctan 20-04-19 à 00:22

Oui première chose à faire dans un exo, déterminer l'ensemble de définition de la fonction sur laquelle on travaille.

Posté par
matheuxmatou
re : licence 1 - développement limité arctan 20-04-19 à 00:25

Ramanujan
vu tes posts de 50 échanges sur des fonctions de base, permet moi juste de dire que je trouve déplacé ce type de remarque dans les posts des autres

Posté par Profil Ramanujanre : licence 1 - développement limité arctan 20-04-19 à 00:28

Je viens de bosser sur les fonctions réciproques donc je sais déterminer un ensemble de définition d'un fonction composée avec l'arctangente.

Je n'ai pas encore travaillé les développements limités mais j'ai appris que sur chaque exo, il faut commencer par déterminer l'ensemble de définition.

Posté par Profil Ramanujanre : licence 1 - développement limité arctan 20-04-19 à 00:31

La fonction arctangente étant définie sur \R on a :

D_f = ]- \infty, - \dfrac{1}{4} [ \cup ]- \dfrac{1}{4} , + \infty[

Posté par
matheuxmatou
re : licence 1 - développement limité arctan 20-04-19 à 00:34

c'est bien

Posté par
luzak
re : licence 1 - développement limité arctan 20-04-19 à 09:33

Remarque judicieuse Ramanujan ! Toutefois elle ne dit pas quel multiple de \pi il faut ajouter pour avoir une formule correcte : c'est indispensable pour finir l'exercice selon l'astuce proposée par Azalea !

On attend TON intervention : s'il te plaît en une seule fois. Pas besoin de dégénérer en le feuilleton usuel!

Posté par Profil Ramanujanre : licence 1 - développement limité arctan 20-04-19 à 11:23

Soit  ab \ne -1

Ces résultats peuvent se démontrer en exercice et c'est assez long et fastidieux.

Si ab <1 alors : \arctan(a) + \arctan(b) = \arctan(\dfrac{a+b}{1-ab})

Si ab >1 :

1er cas : a >0 et b>0 alors :

\arctan(a) + \arctan(b) = \pi + \arctan(\dfrac{a+b}{1-ab})

2ème cas : a <0 et b<0 alors :

\arctan(a) + \arctan(b) = -\pi + \arctan(\dfrac{a+b}{1-ab})

Posté par
luzak
re : licence 1 - développement limité arctan 20-04-19 à 13:04

Personne ne t'a demandé de réciter la formule d'addition des "arctangente" mais de donner une solution correcte au début de solution.

Tu es dans un cas particulier où on calcule u=\arctan2-\arctan(2x),\;x voisin de 0.
Il suffit donc de remarquer que \dfrac{\pi}4<\arctan2<\dfrac{\pi}2 et ajouter :
Si  2x>\dfrac{-1}4 on a \dfrac{-\pi}2<\dfrac{-\pi}4<\arctan2-\arctan(2x)<\arctan2-\arctan\dfrac{-1}2=\dfrac{\pi}2 et la formule proposée est vérifiée ce qui permet de calculer le développement limité sur ]\dfrac{-1}4,\dfrac14[ !

Posté par
matheuxmatou
re : licence 1 - développement limité arctan 20-04-19 à 13:26

en même temps on s'en moque un peu de tout ça car il est bien de choisir la solution la plus simple...

larrech @ 18-04-2019 à 21:17


La dérivée de f est assez simple f'(x)=\dfrac{-2}{1+4x^2}


et donc en intégrant avec la valeur en 0, au voisinage de 0 on a :

f(x) = arctan(2)-arctan(2x)

Posté par Profil Ramanujanre : licence 1 - développement limité arctan 20-04-19 à 17:15

luzak @ 20-04-2019 à 13:04

Personne ne t'a demandé de réciter la formule d'addition des "arctangente" mais de donner une solution correcte au début de solution.

Tu es dans un cas particulier où on calcule u=\arctan2-\arctan(2x),\;x voisin de 0.
Il suffit donc de remarquer que \dfrac{\pi}4<\arctan2<\dfrac{\pi}2 et ajouter :
Si  2x>\dfrac{-1}4 on a \dfrac{-\pi}2<\dfrac{-\pi}4<\arctan2-\arctan(2x)<\arctan2-\arctan\dfrac{-1}2=\dfrac{\pi}2 et la formule proposée est vérifiée ce qui permet de calculer le développement limité sur ]\dfrac{-1}4,\dfrac14[ !


Vous allez trop vite pour moi, déjà je n'ai pas compris comment obtenir le :

\dfrac{\pi}4<\arctan2<\dfrac{\pi}2

Et après je n'ai pas compris comment vous encadrez - \arctan(2x) en prenant 2x>\dfrac{-1}4

Posté par
luzak
re : licence 1 - développement limité arctan 20-04-19 à 17:42

Je t'ai dit qu'on ne refait pas ici le roman feuilleton !
c'est tellement simple que tu pourrais faire l'effort tout seul !

Posté par Profil Ramanujanre : licence 1 - développement limité arctan 20-04-19 à 18:59

Ah j'ai compris merci ! Je cherchais désespérément la valeur de arctan(1/2) mais vous utiliser une formule entre arctan(x) et arctan(1/x).

Posté par
Azalea
re : licence 1 - développement limité arctan 22-04-19 à 14:51

Bonjour,
oui, j'ai bien compris du coup, et en effet, la méthode de dérivation est la plus simple !
merci pour vos messages, ça m'a apporté une aide!

Posté par
matheuxmatou
re : licence 1 - développement limité arctan 22-04-19 à 17:34

pas de quoi



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