Corollaire 5 Soit fune fonction de la variable r´eelle d´eveloppable en s´erie enti`ere sur un intervalle ]−r, r[o`u r > 0avec :
∀x∈]−r, r[, f (x) =
+∞
X
n=0
anxn
o`u (an)n∈Nest une suite de nombres complexes. La primitive de fnulle en 0est la fonction Fd´efinie par :
∀x∈]−r, r[, F (x) =
+∞
X
n=0
an
n+ 1xn+1.
Th´eor`eme 14 Soit fune fonction de classe C∞sur un voisinage ouvert Ide 0et `a valeurs complexes. Cette fonction est
d´eveloppable en s´erie enti`ere au voisinage de 0si, et seulement si, il existe un r´eel r > 0tel que ]−r, r[⊂Iet pour tout x∈I
la suite (Rn(x))n∈Nd´efinie par :
Rn(x) = f(x)−
n
X
k=0
f(k)(0)
k!xk
converge vers 0sur ]−r, r[.Dans ce cas, on a f(x) =
+∞
P
n=0
f(n)(0)
n!xnpour tout x∈]−r, r[et le rayon de convergence de cette
s´erie enti`ere est sup´erieur ou ´egal `a r.
Th´eor`eme 15 Soit fune fonction de classe C∞sur un voisinage ouvert Ide 0et `a valeurs complexes. S’il existe un r´eel
r > 0tel que ]−r, r[⊂Iet pour tout xdans ]−r, r[on peut trouver une constante Mxavec :
∀n∈N,¯¯¯f(n)(x)¯¯¯≤Mx,
alors fest d´eveloppable en s´erie enti`ere dans ]−r, r[avec f(x) =
+∞
P
n=0
f(n)(0)
n!xn.
En utilisant ce r´esultat, on d´eduit les d´eveloppements classiques suivants o`u le rayon de convergence est indiqu´e entre
parenth`eses.
Th´eor`eme 16 (Bernstein) Soit fune fonction `a valeurs r´eelles de classe C∞sur ]−a, a[avec a > 0.Si f(2k)(x)≥0pour
tout entier naturel ket tout x∈]−a, a[alors fest d´eveloppable en s´erie enti`ere sur ]−a, a[.
4 S´eries enti`eres et ´equations diff´erentielles
´
Etant donn´ees des fonctions a0,··· , ap−1, b `a valeurs r´eelles ou complexes d´eveloppables en s´erie enti`ere sur un intervalle
ouvert ]−R, R[ o`u p≥1 et 0 < R ≤+∞,on peut montrer que pour y0,··· , yp−1donn´es dans Rou C,il existe une unique
fonction yd´eveloppable en s´erie enti`ere sur ]−R, R[ solution du probl`eme de Cauchy :
½y(p)=a0y+a1y0+··· +ap−1y(p−1) +b
y(k)(0) = yk(0 ≤k≤p−1)
Les s´eries enti`eres peuvent aussi ˆetre utilis´ees pour d´eterminer des solutions d’´equations diff´erentielle lin´eaire `a coefficients
non constants, d´eveloppables en s´erie enti`ere au voisinage de 0,de la forme :
apy(p)=a0y+a1y0+··· +ap−1y(p−1) +b
la fonction appouvant s’annuler en 0.
Exercice 1 pd´esigne un entier naturel et on s’int´eresse `a l’´equation de Bessel d’indice p:
x2y00 +xy0+¡x2−p2¢y= 0.(22)
Montrer que la s´erie enti`ere de terme g´en´eral 1
k! (p+k)!xk,o`u kest un entier naturel, a un rayon de convergence infini et
que la fonction Jpd´efinie par :
∀x∈R, Jp(x) = ³x
2´p
Ipµ−³x
2´2¶,
o`u on a not´e pour tout r´eel x:
Ip(x) =
+∞
X
k=0
1
k! (p+k)!xk,
est solution sur Rde l’´equation diff´erentielle (22) .
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