D´eveloppement n◦15/74 Benjamin Groux
Formule d’Euler-Mac Laurin
Mon d´eveloppement
Proposition. Il existe une unique suite (Bn)n∈Nde polynˆomes v´erifiant
(i) B0= 1,
(ii) ∀n∈N∗,B′
n=nBn−1,
(iii) ∀n∈N∗,R1
0Bn(x)dx = 0.
Ces polynˆomes sont appel´es polynˆomes de Bernoulli et les nombres bn=Bn(0) sont appel´es
nombres de Bernoulli. Ils v´erifient de plus
(iv) ∀n6= 1, Bn(1) = Bn(0),
(v) ∀n∈N,Bn(1 −X) = (−1)nBn(X),
(vi) ∀n∈N∗,b2n+1 = 0.
On construit les polynˆomes de Bernoulli par r´ecurrence.
•L’initialisation se fait en posant B0= 1.
•Pour l’h´er´edit´e, on suppose que le polynˆome Bnest construit. En notant
Bn+1 :[0,1] →R
x7→ (n+ 1) Rx
0Bn(t)dt −R1
0Ru
0(n+ 1)Bn(t)dt du ,(1)
on a alors clairement B′
n+1(x) = (n+ 1)Bn(x) pour tout x∈[0,1], et R1
0Bn+1(x)dx = 0. De
plus, Bn´etant polynomiale, Bn+1 l’est ´egalement.
On a ainsi construit par r´ecurrence une suite de polynˆomes (Bn)n∈Nv´erifiant (i), (ii) et (iii).
Une r´ecurrence imm´ediate utilisant le th´eor`eme fondamental de l’analyse permet de montrer
que cette suite de polynˆomes est unique.
Pour le point (iv), on a bien ´evidemment B0(1) = 1 = B0(0) et, d’apr`es les points (ii) et
(iii), pour tout n≥2, on a
Bn(1) −Bn(0) = Z1
0
B′
n(x)dx =nZ1
0
Bn−1(x)dx = 0 .
Ensuite, en posant Pn(X) = (−1)nBn(1 −X), il est clair que la suite de polynˆomes (Pn)n∈N
satisfait les points (i), (ii) et (iii), donc par unicit´e des polynˆomes de Bernoulli, on a Pn=Bn
pour tout n∈N, ce qui implique le point (v).
Enfin, d’apr`es les points (iv) et (v), pour tout n6= 1, on a bn=Bn(1) = (−1)nbn, ce qui
implique le point (vi).
Pour tout n∈N∗, on note f
Bnla fonction 1-p´eriodique qui co¨ıncide avec Bnsur [0,1[.
Proposition (formule d’Euler-Mac Laurin). Soient m, n deux entiers tels que m < n,
soit r∈N∗et soit f∈ Cr([m, n],C). On a :
n
X
k=m
f(k) = Zn
m
f(t)dt +1
2(f(m) + f(n)) +
E(r/2)
X
p=1
b2p
(2p)! f(2p−1)(n)−f(2p−1)(m)
+(−1)r+1
r!Zn
mf
Br(t)f(r)(t)dt .
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