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Niveau Maths sup
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"Vect" autour du cosinus

Posté par
eldiablo42
11-07-09 à 12:08

Voici un exercice que je ne parviens pas à faire :

Montrer que Vect{f_n; n ∈ N} = Vect{g_n; n ∈ N } avec ∀ n ∈ N et ∀ x ∈ R f_n(x) = cos(nx) et g_n(x) = (cos x)^n

J'ai essayé avec la formule de Moivre mais sans aboutir.

Merci d'avance pour votre aide !

Posté par
yoyodada
re : "Vect" autour du cosinus 11-07-09 à 14:03

Salut eldiablo ,

Je pense pouvoir t'aider:

Pour x donné, y \in Vect\{f_n, n\in\mathbb{N}\} si et seulement si y s'écrit sous la forme :
y = a_1.cos(x)+a_2.cos(2x) + ... + a_n.cos(mx)avec un nombre fini m de termes.

On a de plus \forall k \in \mathbb{N}, cos(kx) = T_k(cos(x)), où T_k désigne le polynôme de Tchebychev de degré k.

y est donc somme de polynômes en X = cos(x) de degré inférieur ou égal à m, c'est donc un polynôme de degré m en X = cos(x).
On a donc bien y \in Vect\{cos(x)^n, n\in \mathbb{N}\}, d'où on a bien Vect\{f_n, n\in\mathbb{N}\}\subset Vect\{g_n, n\in\mathbb{N}\}

D'un autre côté, on a cos(x)^m = {\frac{e^{ix}+e^{-ix}}{2}}^m = 2^{-m}.[\sum_{k=0}^m \(\array{m\\k}\) e^{(m-2k)ix}]
Puis en utilisant (\array{m\\k}\) = (\array{m\\m-k}\), cela nous donne:


 cos(x)^m = 2^{-m}.\bigsum_{k\in\mathbb{N},2k\le m}(\array{m\\k}\)\times[e^{(m-2k)ix}+e^{(m-2(n-k))ix}]
 \\ = 2^{-m}.\bigsum_{k\in\mathbb{N},2k\le m} (\array{m\\k}\) \times2cos((m-2k)x)

On vérifie bien que cette expression appartient bien à  Vect\{f_n(x),n\in\mathbb{N}\}

Voilà j'espère t'avoir aidé , en espérant que cela ne soit pas faux !

Posté par
eldiablo42
re : "Vect" autour du cosinus 11-07-09 à 17:01

D'accord, merci !



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