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Niveau LicenceMaths 2e/3e a
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Théorème de Rouché

Posté par
Seekyoursins
29-06-19 à 14:21

Bonjour,

J'ai une question concernant l'application du théorème de Rouché :

Soit U un ouvert de C (complexe) contenant le disque unité fermé. Soit f :U -> C holomorphe. On suppose que |f(z)| < 1 sur le cercle unité et on cherche à trouver le nombre de point fixe de f dans le disque unité.

Il s'agit d'étudier le nombre de 0 de la fonction f(z)-z dans le disque unité.

Mon problème est le suivant, en prenant g(z) = z+1 on applique le théorème de Rouché assez facilement puisque |f(z)-z +z + 1| < 2 = |g(z)| (puisque |f(z)| < 1) et on trouve que le nombre de zéros est 1, or si on pose g(z) = z+2, l'inégalité tient toujours et dans ce cas on n'a pas de zéros sur le disque unité.. Une clarification sur la différence de résultats ?

Posté par
Camélia Correcteur
re : Théorème de Rouché 29-06-19 à 14:50

Bonjour

Si tu prends g(z)=z+2 pour z=1 tu as |g(z)|=2. Où est le problème?

Posté par
Seekyoursins
re : Théorème de Rouché 29-06-19 à 16:01

On trouve pas plutôt |g(z)| = 3 dans ce cas là ?

Posté par
Camélia Correcteur
re : Théorème de Rouché 29-06-19 à 16:02

En effet! Faute de frappe!

Posté par
Seekyoursins
re : Théorème de Rouché 29-06-19 à 16:04

Ok bah du coup mon problème c'est que dans ce cas là g(z) n'a pas de 0 dans le disque fermé et en appliquant le théorème de Rouché f(z)-z n'a pas de de 0 non plus, et en prenant g(z) = z+1 qui a un zéro dans le disque unité on se retrouve avec f(z)-z a un zéro

En gros mon problème c'est qu'en changeant le g(z) en question le résultat est différent .. il ne devrait pas être le même quelque soit g(z) ?

Posté par
Seekyoursins
re : Théorème de Rouché 29-06-19 à 16:06

quelque soit g(z) vérifiant la condition biensur*

Posté par
Camélia Correcteur
re : Théorème de Rouché 29-06-19 à 16:29

Je crois que je n'ai pas compris ton énoncé. Ce qui est donné est f supposée vérifier |f(z)| < 1 sur le cercle unité. On étudie la fonction f(z)-z qui est donc donnée. Tu as le droit de l'appeler g, mais ce g est donné depuis le début. Changer ce g revient à changer la fonction donnée, qui bien entendu n'aura pas les mêmes propriétés que celle donnée.

Posté par
verdurin
re : Théorème de Rouché 29-06-19 à 16:41

Bonjour,
je prendrais plutôt g(z)=-z.

Aucune des fonctions g que tu proposes ne vérifie à coup sur la condition :
|f(z)-z-g(z)|<|g(z)| quelque soit z de module 1.

Posté par
Seekyoursins
re : Théorème de Rouché 29-06-19 à 16:45

J'ai mal énoncé mes termes je vais réécrire plus clairement :
|f(z)| < 1,  pour trouver les points fixe de f(z) on étudie les zéros de g(z)=f(z)-z.

Pour appliquer le théorème de Rouché il s'agit donc de trouver une 3 ème fonction, appelons la K(z), tel que |g(z)-K(z)|<|K(z)|(1), dans ce cas là on aurait que g(z) aura le même nombre de zéro que K(z). Voilà comment je raisonne donc : ce K(z) n'est pas donné, il s'agit de le trouver pour appliquer le théorème de Rouché, or différentes fonctions vérifiant la l'inégalité (1) donnent différent résultats.

Ou alors le k(z) en question doit il toujours être dans l'expression de g(z) ? (dans ce cas là on choisirait k(z)=z).
Au fait ce qui me dérange c'est que rien ne nous empêche de prendre un k(z) tant qu'il vérifie l'inégalité et de ce que j'ai compris en tout cas ça n'a aucune incidence sur le nombre de 0 de g(z)...

Désolé de sembler un peu lent et en vous remerciant de vos multiples réponses.

Posté par
verdurin
re : Théorème de Rouché 29-06-19 à 17:15

Les fonctions que tu as proposées ne vérifient pas (1) quelque soit z de module 1.

On a différents résultats parce que les hypothèses du théorème ne sont pas vérifiées.
Par exemple si k(z)=z+1 et |z|=1 il est faux de dire que |k(z)|=2.
On le voit facilement en prenant z=-1.

Posté par
jsvdb
re : Théorème de Rouché 29-06-19 à 18:36

Bonjour !

On peut déjà commencer à répondre méthodiquement selon des critères que l'on connaît déjà :

par hypothèse, on sait que |f(z)| < 1 sur le cercle unité.

Par conséquent, par le principe du maximum, on a l'existence d'un \theta \in [0,1[ tel que pour tout z \in \D, |f(z)|\leq \theta < 1

On peut donc considérer que f est une application holomorphe du disque unité dans lui-même.

1- Supposons f(0) = 0.

Alors on sait sans ce cas que que |f(z)| \leq |z| et que s'il y a existence d'un w tel que |f(w)| = |w| alors f est une rotation du disque.

Conclusion : si on a un point fixe autre que 0, alors c'est l'identité et tous les points sont fixes.

Mais cela ne colle pas avec le fait que pour tout z \in \D, |f(z)|\leq \theta < 1 : donc pas de point fixe par rotation et seule l'application nulle convient.

2- f(z) = z_0 \in \D avec z_0 \neq 0 alors f n'a qu'un point fixe sous réserve que |z_0| < \theta

3- supposons f(0) \neq 0 et f n'est pas constante.

Cette fois s'il y a un point fixe, alors f est un automorphisme du disque, savoir f(z) = \lambda \dfrac{z-a}{1-\bar az} avec |\lambda| = 1

Mais avec la condition que pour tout z \in \D, |f(z)|\leq \theta < 1, il n'y aura pas d'automorphisme et donc pas de point fixe.

Conclusion : la seule façon d'avoir une fonction avec un point fixe avec la condition donnée sera d'être constante.

Posté par
jsvdb
re : Théorème de Rouché 29-06-19 à 18:48

A étudier également : le cas des homothéties dont le centre se trouve dans le disque.



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