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Sommation d'Abel d'une série lacunaire

Posté par
Foxdevil
17-10-18 à 14:17

Bonjour à tous,

J'aurais besoin d'aide car j'essaie de calculer la sommation d'Abel d'une certaine suite, mais je ne sais pas comment m'y prendre.

L'idée serait donc d'évaluer \lim\limits_{x \to 1} \sum_{n=0}^{+ \infty} (-1)^n x^{2^n}, qui a bien 1 pour rayon de convergence. Il semblerait que cette limite existe et soit finie.

Passer par une expression explicite de la fonction (ce qui me paraît très peu probable)? Équation fonctionnelle (voir différentielle)?

Merci pour l'aide!

Et si au passage ce calcul passe par une méthode qui est généralisable à d'autres séries lacunaires, quelques précisions ne seraient pas de trop!

Posté par
Poncargues
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 17-10-18 à 14:57

Regarder ce qu'il se passe en x=1, cela suffit pour conclure quant à la convergence.

Tu veux une expression explicite ensuite c'est ca?
En multipliant par x^2 tu peux pas obtenir une équation fonctionnelle utilisable? (j'ai pas testé).

Posté par
Foxdevil
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 17-10-18 à 20:37

La série est divergente si on remplace x par 1, mais à priori cela ne veut pas dire que la fonction n'admet pas de limite quand x tend vers 1...

Citation :
En multipliant par x^2 tu peux pas obtenir une équation fonctionnelle utilisable? (j'ai pas testé).


Alors je m'en suis rendu compte juste après le post, mais effectivement si on nomme f cette fonction alors on a, sur ]-1;1[, la relation fonctionnelle:

f(x^2) + f(x) = x.

Donc si la limite existe, elle vaut 1/2. Mais existe-t-elle?

Citation :
Tu veux une expression explicite ensuite c'est ca?

Franchement, vu sa tête ça me paraît assez peu probable d'y arriver. Je me contenterais de manipulations qui permettent de trancher sur l'existence ou non de cette limite du coup.

Posté par
lionel52
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 17-10-18 à 22:52

Je ne comprends pas ta relation fonctionnelle!

Posté par
lionel52
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 17-10-18 à 22:54

Oups rien dit..

Posté par
Foxdevil
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 20-10-18 à 13:03

Posté par
Foxdevil
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 20-10-18 à 22:48

D'ailleurs la même équation fonctionnelle, garantit que l'existence de la limite en 1 implique l'existence de la limite en -1 qui vaudra alors -3/2...

Posté par
Poncargues
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 21-10-18 à 11:39

J'avais mal lu (ou mal compris )ta question en fait, je croyais que tu te posais la question du rayon de convergence et d'obtenir une expression explicite, pas de calculer la limite en 1.

Posté par
Foxdevil
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 21-10-18 à 13:59

Oui je l'ai un peu mal exprimé, mais j'avais déjà trouvé le rayon de convergence (simple application de la formule de Cauchy-Hadamard)...

Posté par
Alexique
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 23-10-18 à 17:00

On n'a pas vraiment eu le fin mot de l'histoire du coup... Si on te suggère de faire une transformation d'Abel, peux-ton la voir ?

Posté par
luzak
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 23-10-18 à 18:48

Bonsoir !
N'aurait-on pas une série alternée avec la condition suffisante habituelle pour 0<x<1 ?

Donc |f(x)-\sum_{0\leqslant k\leqslant n}(-1)^kx^{2^k}|\leqslant x^{2^{n+1}} et, par limite en 1, il semble que f n'ait pas de limite.

Posté par
Alexique
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 23-10-18 à 18:53

Bonsoir,
@luzak : et tu fais tendre quoi vers quoi ? dans quel ordre ?
ça me semble être la difficulté de l'exercice, cette convergence non uniforme sur le disque...

Posté par
jandri Correcteur
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 23-10-18 à 22:42

Bonjour,

c'est un exercice difficile. On a bien \lim\limits_{x \to 1} \sum_{n=0}^{+ \infty} (-1)^n x^{n^2}=\dfrac12 mais  \lim\limits_{x \to 1} \sum_{n=0}^{+ \infty} (-1)^n x^{2^n} n'existe pas : la fonction fait des oscillations autour de \dfrac12.

On en trouve une démonstration page 77 du livre de G. H. Hardy, Divergent series, que l'on peut télécharger sur internet.

Posté par
luzak
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 23-10-18 à 22:58

Bonsoir !
Je fais des conneries : limite en 1 d'un côté, en 0 de l'autre !!!

Posté par
Alexique
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 24-10-18 à 11:28

@Jandri : merci pour ta vigilance et ta référence. Ca me rassure de pouvoir encore identifier lorsqu'un problème est délicat

Posté par
Foxdevil
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 26-10-18 à 20:46

Citation :
On en trouve une démonstration page 77 du livre de G. H. Hardy, Divergent series, que l'on peut télécharger sur internet
Un grand merci jandri. Ok, j'avais eu des éléments pour les deux sons de cloche (la limite existe et la limite n'existe pas)...là c'est plutôt clair .

Posté par
Foxdevil
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 12-11-18 à 16:47

Alors je up le topic car n fait non tout n'est pas clair dans la démonstration et je ne suis pas sûr de bien comprendre certains des termes anglais.

(Je rappelle la référence: Hardy, Divergent series p.77 - 4.10)

Déjà:

1) D'où il sort la formule de la Théorie des fonctions elliptiques? (4.10.1)

2) Ensuite, je ne comprends pas très bien juste après l'équation fonctionnelle vérifiée par \Psi. On en déduit que "\Psi is therefore a periodic function of loglog(1/x) with period 2loga" . Je ne suis pas sûr de bien saisir ce que veulent vraiment dire ces termes en anglais.

3) C'est pareil pour la suite. "plainly not constant" => "oscillates between finite limits of indetermination"....?

Je comprends l'idée générale, mais j'aimerais bien saisir cette preuve dans le détail...

Posté par
jandri Correcteur
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 13-11-18 à 11:49

La démonstration de Hardy est un peu imprécise mais elle est correcte.

1) la formule de la Théorie des fonctions elliptiques sert pour montrer \lim\limits_{x \to 1} \sum_{n=0}^{+ \infty} (-1)^n x^{n^2}=\dfrac12

2) en posant H(t)=\Psi(e^{-e^t}) on obtient H(t+\ln(a))=-H(t) donc H a pour période 2\ln(a).

3) Si \Psi était une constante C alors on aurait C=-C, d'où F=\Phi.

Or un calcul numérique donne (pour a=2) : F(\frac12)\approx 0,3086 et \Phi(\frac12)\approx 0,3113.
Donc \Psi fait bien des oscillations.

Posté par
Foxdevil
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 20-11-18 à 20:31

Merci pour la réponse.

1) Oui c'est bien ce que j'avais compris en lisant. Comme elle m'intéresse aussi, je désirais également l'approfondir. Du coup, d'où vient la formule qu'il utilise?

2) Ok, très bien. Mais pourquoi de \ln( \ln(1/x))?

3) En quoi le fait que \Psi soit non constante implique-t-elle qu'elle fait des oscillations?

Posté par
jandri Correcteur
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 20-11-18 à 20:51

1) Je ne suis pas du tout familier de la théorie des fonctions elliptiques et je ne connais pas cette formule.

2) x=e^{-e^t} est équivalent à t=\ln(\ln(1/x)).

3) Comme \Psi est périodique et qu'elle n'est pas constante elle fait des oscillations et par suite F(x) fait aussi des oscillations quand x tend vers 1.

Posté par
Foxdevil
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 20-11-18 à 21:43

Ah ok, merci pour tes éclaircissement, je viens de comprendre!

En fait, on a \Psi (x) = H( \ln ( \ln (1/x) ) ). C'est ça qu'il veut dire par "fonction périodique de \ln ( \ln (1/x) )". Dit autrement, une fonction périodique appliquée en \ln ( \ln (1/x) ). La limite de \ln ( \ln (1/x) ) étant infinie, le seul moyen que H ait une limite en l'infini serait qu'elle soit constante (car périodique, de période non nulle). D'où ce qu'il appelle "oscillations"...et donc que \Psi n'a pas de limite en 1 et fait des oscillations de l'amplitude de celles de H du coup (mais en mode hyper serré à gauche vers 1...enfin jme comprends ).

Bon, il faudrait peut être démontrer plus "rigoureusement" (même si ta remarque me va tout à fait) que les deux fonctions sont bien différentes.

Posté par
jandri Correcteur
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 20-11-18 à 22:05

C'est bien cela.

J'ai démontré que les fonctions sont bien différentes pour a=2 en calculant une valeur approchée de F(\frac12) et de \Phi(\frac12).

On peut le faire pour toute valeur numérique de a mais cela ne démontre pas qu'il n'existe pas de valeur de a telle que F=\Phi.

Posté par
Foxdevil
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 20-11-18 à 22:22

Citation :
J'ai démontré que les fonctions sont bien différentes pour a=2 en calculant une valeur approchée de F(\frac12) et de \Phi(\frac12).
J'aurais tendance à dire que ça dépend de pas mal de facteurs (le rang jusqu'auquel tu es allé et les majorations qu'on peut faire sur ces séries là), mais à priori ça ne l'est pas tout à fait non?

Posté par
jandri Correcteur
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 20-11-18 à 22:29

Il n'y a pas de problème pour calculer des valeurs approchées de ces deux fonctions à une précision donnée car pour x=\frac12 on a des séries alternées qui vérifient les bonnes hypothèses et de plus la convergence est très rapide.

Posté par
Foxdevil
re : Sommation d'Abel d'une série lacunaire 22-11-18 à 10:34

Oui voilà.


Pour la formule des fonctions elliptiques, on en a la preuve ici (p.282 à 284).



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