L'origine des séries de e, cos et sin

Bonjour.
J'ai compris que les fonctions e, cos et sin peuvent être décrites par des series et que la fonction e est l'addition des series de cos et sin (comme sur l'image ci dessous).
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Mais je ne comprends pas comment on a fait pour trouver ces séries. Comment les explique-t-on par la logique ?

Réponses

  • Formellement celle de l'exponentielle pour trouver une expression valant sa dérivée me semble logique. Pour cos et sin on a ensuite les formules d'Euler.
  • Je pencherais plutôt pour le théorème de Taylor.
  • Effectivement dans le monde réel cela est une conséquence immédiate des formules de Taylor avec reste de Lagrange ou intégral. Les formules se prolongent au champ complexe, ce qui donne une définition de ces fonctions pour la variable complexe, et alors on déduit la relation d'Euler d'icelle.
  • De ce que j'en comprends la fonction exponentielle était au départ rattachée à l'inverse du logarithme et aux puissances (ou exposants) de réels positifs. J'avais lu quelque part que Newton, pas Euler, était le premier (en Europe) a avoir introduit l'exponentielle sous forme de série, en tant que fonction égale à sa dérivée :
    \[
    \exp(x) = 1 + x + \frac{x^2}{2} + \ldots + \frac{x^n}{n!} + \ldots

    \] Enfin, à ce moment là, la fonction ne s’appelait peut être pas encore exponentielle. Si l'on cherche une fonction qui soit égale à sa dérivée on peut commencer par chercher du côté des polynômes. Évidemment ça n'a aucune chance d'aboutir puisque $\deg(P')= \deg(P)-1$ pour tout polynôme non nul, un polynôme n'est donc jamais égal à sa dérivée. Cependant si on cherche quand même à ce que $P$ et $P'$ soient le plus proche possible on se retrouve avec
    \[
    P(X)= 1+X+ \frac{X^2}{2} + \ldots + \frac{X^n}{n!},

    \] à une constante multiplicative près. Ainsi $P(X)-P'(X)=\dfrac{X^n}{n!}$ et pour chaque réel $x$ fixé la suite des $\dfrac{x^n}{n!}$ tend vers $0$ de sorte que $P$ et $P'$ sont "de plus en plus proches" l'un de l'autre à mesure que $n$ augmente. On a alors l'idée de faire tendre ce $n$ vers l'infini, ce qui donne une fonction définie par une série, la série de l'exponentielle.

    Ça c'est une des façons de faire pour trouver cette série, après il reste encore un gros travail pour savoir si :
    1) La série est bien convergente.
    2) La fonction définie par la série est effectivement dérivable et si l'on peut dériver "termes à termes".
    Travail que Newton n'a pas fait très rigoureusement semble-t-il, mais c'était la mode à l'époque.
    On pourra trouver quelques sources à partir de ce lien.
  • Une référence :
    Sources in the Development of Mathematics, Rajan Roy, Cambridge University Press, 2011
    https://www.cambridge.org/core/books/sources-in-the-development-of-mathematics/9BD14FAA011A23527C658240BC0F84D2
  • Homo Topi écrivait : http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?4,2289772,2289778#msg-2289778
    [Inutile de recopier un message présent sur le forum. Un lien suffit. AD]

    Merci. Grâce à toi j'ai trouvé cette video et j'ai compris:
  • Les vidéos de 3blue1brown sont vraiment bien faites, tu peux toutes les regarder, même les choses que tu connais déjà, tu apprendras peut-être un truc ou deux de plus.
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