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Analyse de FOURIER.
Les s´eries de Fourier ont ´et´e introduites par Joseph Fourier en 1822, mais il fallut un si`ecle
pour que les analystes d´egagent les outils d’´etude adapt´es : une th´eorie de l’int´egrale pleinement
satisfaisante et les premiers concepts de l’analyse fonctionnelle. Elles font encore actuellement
l’objet de recherches actives pour elles-mˆemes, et ont suscit´e plusieurs branches nouvelles : analyse
harmonique, th´eorie du signal, ondelettes, etc.
Les s´eries de Fourier se rencontrent usuellement dans la d´ecomposition de signaux p´eriodiques,
dans l’´etude des courants ´electriques, des ondes c´er´ebrales, dans la synth`ese sonore, le traitement
d’images, etc.
1Rappels.
Notation
Dans la suite, on notera f(c−) (resp.f(c+)) la limite `a gauche (resp. `a droite) de fen un point cde R.
D´efinition. Fonctions continues par morceaux.
Soit fune fonction d´efinie sur un intervalle ferm´e born´e [a, b], `a valeurs r´eelles ou complexes. On dit que f
est continue par morceaux sur [a, b] s’il existe une subdivision (xi)0≤i≤nde [a, b], (a=x0< x1< ... < xn=b),
telle que, pour tout i= 0, ..., n −1, on ait les propri´et´es suivantes :
1) la fonction fest continue sur chaque intervalle ouvert ]xi, xi+1[,
2) la fonction fposs´ede une limite `a droite en xiet `a gauche en xi+1.
Remarque : Toute fonction continue par morceaux sur un segment est born´ee.
D´efinition. Fonctions C1par morceaux.
Soit fune fonction d´efinie sur un intervalle ferm´e born´e [a, b], `a valeurs r´eelles ou complexes. On dit que fest
de classe C1par morceaux sur [a, b] s’il existe une subdivision (xi)0≤i≤nde [a, b], (a=x0< x1< ... < xn=b),
telle que, pour tout i= 0, ..., n −1, on ait les propri´et´es suivantes :
1) la fonction fest de classe C1sur chaque intervalle ouvert ]xi, xi+1[,
2) la d´eriv´ee f0poss´ede une limite `a droite en xiet `a gauche en xi+1.
Remarque : Si fest de classe C1par morceaux sur le segment [a, b] alors fest continue par morceaux sur [a, b].
On peut ´etendre la formule d’int´egration par parties pour les fonctions seulement de classe C1par morceaux,
la d´eriv´ee d’une telle fonction existe sur [a, b] sauf peut etre en un nombre fini de points `a savoir les points de
la subdivision adapt´ee `a f.
Proposition.
Soient fet gdes fonctions continues sur [a, b] et de classe C1par morceaux sur [a, b]. Alors on a la formule
d’int´egration par parties usuelles :
Zb
a
f(x)g0(x)dx = [f(x)g(x)]b
a−Zb
a
f0(x)g(x)dx.
D´efinition. Fonctions p´eriodiques.
Soit fune fonction d´efinie sur R, `a valeurs r´eelles ou complexes et T > 0, on dit que fest T-p´eriodique si
on a : ∀x∈R:f(x+T) = f(x)
Lemme : Soit fune fonction T-p´eriodique continue par morceaux. Alors l’int´egrale Ra+T
af(x)dx ne d´epend
pas du choix du r´eel a, en d’autres termes :
Za+T
a
f(x)dx =ZT
0
f(x)dx.
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