analyse complexe : calcul d'intégrale

Bonjour,

Cartan (Théorie élémentaire des fonctions analytiques ... page 203) demande de calculer l'intégrale de 0 à 1 de 1/(1-x^3)^1/3 en intégrant la forme différentielle correspondant sur un circuit.
Qui peut me dire comment faire.

Merci d'avance.

Réponses

  • Eh bien, d'abord il faut imaginer un circuit. Ça va commencer par le segment $[0,1]$ sans doute. En fait non, parce que la fonction ou la forme a une singularité en $1$ : il faut donc s'arrêter un peu avant, disons en $1-\varepsilon$. Ensuite, on circonscrit le problème : on décrit un cercle de rayon $\varepsilon$ autour de $1$, disons dans le sens trigonométrique. Enfin, on revient à $0$.

    Mais ça ne va pas : pour définir $(1-z^3)^{1/3}=(1-z)^{1/3}(1+z+z^2)^{1/3}$, il faut une détermination de la racine cubique et peut-être même du logarithme. Pour ça, il faut relier $1$ à l'infini et éviter tous les points du cercle $\mathcal{C}(1,\varepsilon)$. Pas possible bien sûr, il faut couper quelque part. Le plus naturel, c'est d'écarter un peu le point de départ et d'arrivée sur le cercle. Pour ça, on peut par exemple translater le segment $[0,1-\varepsilon]$ un peu vers le bas dans la première partie du circuit et un peu vers le haut dans la dernière section du circuit. Comme ça, l'argument de $1-z$ n'est jamais nul, ça permet d'appliquer une détermination du logarithme définie sur $\C\setminus\R^+$. Ça donne un dessin de ce genre.66666
  • bonjour

    ton intégrale est aisée à déterminer en utilisant les applications intégrales de la fonction Gamma d'Euler en particulier :

    $$\int_0^1(1-u^x)^{\frac{1}{y}}du = \frac{\Gamma(1+\frac{1}{x}).\Gamma(1+\frac{1}{y}}{\Gamma(1+\frac{1}{x}+\frac{1}{y})}$$

    on démontre cette relation en opérant le changement $t = u^x$ dans l'expression de la fonction Béta d'Euler

    ici tu prends x = 3 et y = - 3 et tu obtiens : $\int_0^1(1-u^3)^{-\frac{1}{3}}du = \frac{\Gamma(1+\frac{1}{3}).\Gamma(1-\frac{1}{3})}{\Gamma(1+\frac{1}{3}-\frac{1}{3})}$

    soit d'après les propriétés de Gamma : $$\Gamma(1+\frac{1}{3}).\Gamma(1-\frac{1}{3}) = \frac{\frac{\pi}{3}}{sin\frac{\pi}{3}}$$

    soit encore $$\frac{2\pi.\sqrt{3}}{9}$$

    je n'ai pas suivi le circuit suggéré par Cartan mais le résultat est ici obtenu plus rapidement

    cordialement
  • Pour Jean Lismonde :
    Merci, mais ce n'est pas tant le calcul qui m'intéresse que la méthode des résidus et la "détermination" des fonctions "multiformes". J'ai initié une autre discussion sur le sujet.

    Pour Math Coss :
    Comment poursuivre le calcul ? Peux-tu me donner précisément les détails.
    Par contre, le problème est résolu, mais avec une racine quatrième et même n-ème, dans la discussion sus-mentionnée.

    Cordialement à tous les deux.
  • Les détails précis, non, du moins pas tout de suite, mais un programme. Il faudrait commencer par formaliser le circuit (nommer le décalage des segments $\eta$ (on pourrait s'en passer en fait) et le rayon du cercle $\varepsilon$, paramétrer les segments et l'arc de cercle) puis préciser la détermination de $\sqrt[3]{1-z^3}$ sur chaque portion du circuit. Cela permet d'écrire une expression exploitable de l'intégrale sur le circuit. Il faut alors calculer d'une part la limite lorsque $\eta$ et $\epsilon$ tendent vers $0$ (là, on espère retrouver l'intégrale cherchée) et d'autre part l'intégrale sur le circuit, qui devrait être constante (indépendante de $\eta$ et $\varepsilon$).
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