FONCTIONS ANALYTIQUES Fonctions d'une variable complexe

Points singuliers isolés et résidus

On se propose ici, dans une première approche vers les points singuliers, d'étudier le comportement d'une fonction analytique dans un disque pointé 0 < |z − a| < r, c'est-à-dire dans un disque ouvert privé de son centre ; si f ne se prolonge pas en une fonction analytique dans le disque entier, on dira que a est un point singulier (isolé) pour f.

La série de Laurent

Un disque pointé 0<|z − a|<r est un cas particulier d'une couronne ouverte r1<|z − a|<r2 ; on va obtenir pour une fonction analytique dans une telle couronne S un développement en série généralisant le développement en série entière de centre a, valable seulement pour les fonctions analytiques dans tout un disque de centre a.

Série de Laurent

Série de Laurent

Série de Laurent

Développement en série de Laurent

Il nous faut d'abord étendre la formule de Cauchy qui n'est pas applicable directement, puisque S n'est pas simplement connexe. Soit r et r′ tels que r1 < r < r′ < r2 et soit γ et γ′ les cercles de centre a et de rayons r et r′ parcourus une fois dans le sens direct. On voit comme ci-dessus que, pour r < |z − a| < r′, la fonction g définie par :

est analytique dans S. Puisque les lacets γ et γ′ sont manifestement homotopes dans S, le théorème de Cauchy (cf. chap. 4) affirme que les intégrales de g le long de γ et γ′ sont égales. On a donc :
d'où, puisque j(z ; γ) = 1, j(z ; γ′) = 0,
qui généralise (24).

Remarquons alors que (en supposant, dans le calcul qui suit, a = 0 pour simplifier, ce qui ne retire aucune généralité), d'après le choix de z, r < |z| < r′, la série :

converge uniformément pour |u| = r′, car alors |u/z| = |z|/r′ < 1 ; on peut donc intégrer terme à terme sur γ′ et on obtient :
avec :
en fait, ces coefficients an ne dépendent pas de r′, car la fonction f (u)/un+1 est analytique dans S et, par suite, d'après le théorème de Cauchy, on peut remplacer γ′ par n'importe quel cercle concentrique (contenu dans S) parcouru dans le sens direct, puisqu'il est homotope à γ′. Ainsi la série entière définie dans (29) converge pour tout z de module < r2 ; donc elle a un rayon de convergence ≥ r2 et, par suite, f1 se prolonge en une fonction analytique pour |z| < r2 (que nous désignerons encore par f1). Remarquons qu'on aurait pu obtenir le résultat qui précède sans développer 1/(u − z) en série : d'après (25), la fonction f1 définie par l'intégrale (29) est analytique pour |z| < r′ ; d'après le théorème 4 du chapitre 2 elle est donc développable en série entière et les intégrales (10) ne sont autres que des intégrales curvilignes du type (30) que l'on a explicitées en revenant à la définition. De même, la série :
converge uniformément pour |u|=r<|z| ; on peut donc l'intégrer terme à terme sur γ et on obtient :
par le même raisonnement que ci-dessus, on voit alors que ces coefficients ne dépendent pas de r pour r1 < r < r2 et que la série de terme général a-nz-n est convergente pour |z| > r1. Sa somme, que nous désignerons encore par f2, est donc une fonction analytique pour |z| > r1.

Revenant au cas d'un point a ∈ C, énonçons les résultats précédents. Soit S une couronne r1 < |z − a| < r2 ; toute fonction f analytique dans S peut s'écrire :

où la première série converge pour |z − a| > r1 et la seconde pour |z − a| < r2 ; leurs sommes sont donc des fonctions analytiques pour |z − a| > r1 et |z − a| < r2 respectivement. Pour tout n entier relatif, les coefficients an sont donnés par :
où γ est un cercle quelconque de centre a et de rayon r[...]

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Écrit par

  • Jean-Luc VERLEY : maître de conférences honoraire à l'université de Paris-VII

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Pour citer cet article

Jean-Luc VERLEY, « FONCTIONS ANALYTIQUES - Fonctions d'une variable complexe », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le . URL :

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Primitive

Primitive

Primitive

Primitive d'une fonction analytique

Théorème de Cauchy

Théorème de Cauchy

Théorème de Cauchy

Démonstration du théorème de Cauchy

Autres références

  • FONCTIONS ANALYTIQUES (A.-L. Cauchy)

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 159 mots

    Augustin-Louis Cauchy (1789-1857) a écrit 789 notes qui furent publiées pour la plupart aux Comptes rendus de l'Académie des sciences. Parmi les nombreux résultats importants qu’il a démontrés, ceux qui concernent les fonctions d'une variable complexe ont marqué un tournant décisif dans...

  • ANALYSE MATHÉMATIQUE

    • Écrit par Jean DIEUDONNÉ
    • 7 504 mots
    ...exemple pour la fonction égale à exp (− 1/x 2) pour x ≠ 0 et à 0 pour x = 0, en prenant x 0 = 0). Il y a donc lieu de faire l'étude des fonctions, dites analytiques, qui, au voisinage de chaque point x 0 où elles sont définies, sont égales à leur série de Taylor en ce point. On savait depuis...
  • ANNEAUX & ALGÈBRES

    • Écrit par Jean-Luc VERLEY
    • 4 431 mots
    • 1 média
    ...fonctions analytiques à l'origine O du plan complexe. Considérons les couples (U, f ) d'un voisinage ouvert de O dans le plan complexe et d'une fonction f définie et analytique dans U. Nous dirons que deux tels couples (U, f ) et (V, g) définissent le même germe à l'origine si f et ...
  • ASYMPTOTIQUES CALCULS

    • Écrit par Jean-Louis OVAERT, Jean-Luc VERLEY
    • 5 500 mots
    • 1 média
    ... tReh(x+iy) , appelé le relief de e th(z) . Cette surface ne présente pas de « sommet » relatif, d'après le principe du maximum pour les fonctions analytiques, et, par suite, les seuls points où le plan tangent est horizontal (ce sont les points où la dérivée h′(z) s'annule), sont...
  • BOREL ÉMILE (1871-1956)

    • Écrit par Maurice FRÉCHET
    • 2 016 mots
    Sommation des séries divergentes. L'intervention fréquente des séries divergentes dans la théorie des fonctions analytiques, par exemple, conduisit Borel à rendre ces séries « convergentes » en un sens plus général ; dans son ouvrage Leçons sur les séries divergentes, il étudie...
  • DÉRIVÉES PARTIELLES (ÉQUATIONS AUX) - Théorie linéaire

    • Écrit par Martin ZERNER
    • 4 723 mots
    Ce théorème s'applique aussi aux systèmes, pourvu qu'ils soient de la forme :
    où Φ est une fonction analytique de t, x, u et ses dérivées d'ordre total m au plus mais strictement plus petit que m en t. Il reste un des rares résultats très généraux de la théorie. Il a été publié par ...
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Voir aussi