Développement limité $\arctan(a(1+x))$

math65
Modifié (March 2024) dans Analyse
Bonjour,
Est-ce que quelqu'un aurait une idée pour le DL de l'expression  $\arctan(a(1+x))$ en 0 avec $a$ un réel ?
Merci.

Réponses

  • Bonjour,
    oui : cela s'obtient (explicitement, à un ordre quelconque) par intégration terme à terme de la fonction rationnelle dérivée, que l'on peut développer après décomposition en éléments simples complexes, ou grâce à l'égalité $(1+a^2(1+x)^2)F'=a$, qui fournit une relation de récurrence linéaire en les coefficients.
  • math65
    Modifié (March 2024)
    Bonjour
    Je ne sais pas si j'ai bien compris mais en dérivant $arctan(a(1+x))$, on a $a \times \frac{1} {1+ a^2(1+x)^2} $
    En faisant le DL en $0$, on obtient :
    $a \times \frac{1} {1+ a^2(1+x)^2} =
    a \times \frac{1} {1+ a^2 +2a^2x+ a^2x^2}
    =\frac{a}{1+a^2} \times \frac{1} {1+ \frac{2a^2} {1+a^2}x + \frac{ a^2} {1+a^2}x^2 }
    =\frac{a}{1+a^2} \times ( 1-(\frac{2a^2} {1+a^2}x + \frac{ a^2} {1+a^2}x^2) + (\frac{2a^2} {1+a^2}x + \frac{ a^2} {1+a^2}x^2)^2 + \circ(x^2) )
    = \frac{a}{1+a^2} \times (1-\frac{2a^2} {1+a^2}x - \frac{ a^2} {1+a^2}x^2)+ \frac{(2a^2)^2} {(1+a^2)^2}x^2 + \circ(x^2) )
    = \frac{a}{1+a^2} (1-\frac{2a^2} {1+a^2}x +\frac{(3a^4-a^2)} {(1+a^2)^2}x^2  + \circ(x^2))
    $
    Ensuite, je fais la primitive de ce DL qui prend la valeur de $arctan(a) $ en 0 ?
  • john_john
    Modifié (March 2024)
    Bonjour,
    c'est possible ainsi, si l'ordre du DL est fixé et pas trop grand, mais, sinon, décompose en éléments simples de première espèce sur $\C$ (dénominateurs de degré $1$) et développe-les séparément.
    A propos : dans $F'$, le dénominateur est déjà sous forme canonique, donc, il se factorise directement ; à la fin, il faudra donner le résultat sous forme réelle puisqu'il s'agit d'une fonction réelle. La même méthode vaut si l'on attend un développement en série entière, la théorie garantissant que le RCV est $>0$.
  • math65
    Modifié (March 2024)
    Dans mon cas je dois faire un DL d'ordre 3 donc
    $\arctan(a(1+x))=\arctan(a) + \frac{a}{1+a^2} (x-\frac{2a^2} {2(1+a^2)}x^2 +\frac{(3a^4-a^2)} {3(1+a^2)^2}x^3  + \circ(x^3))$
  • gerard0
    Modifié (March 2024)
    Bonsoir.
    Maple est d'accord sauf pour le terme en $x^3$, il ne trouve que $3a^4$, pas $4a^4$.
    Cordialement.
  • @gerard0 effectivement, j'ai corrigé. C'est ce que j'avais trouvé. Mais j'avais changé ce qui était bon car je pensais avoir fait une erreur.
  • J'ai l'avantage de ne pas avoir calculé moi-même; les logiciels de calcul formel ont cet intérêt !
  • john_john
    Modifié (March 2024)
    On a aussi une formule explicite : $\displaystyle\frac\pi4+\sum_{n=1}^{+\infty}(-1)^{n-1}\frac{\cos^n\varphi\sin n\varphi}nx^n$ avec $a={\rm cotg}\,\varphi$ ; le rayon de convergence est alors $1/|\cos\varphi|$ (le cas particulier où $a=0$ est sans intérêt).
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