1 - quelques d´efinitions. - univ-rennes1.fr...1 - quelques d´efinitions. d´efinition une...

19
1 - Quelques d´ efinitions. efinition Une suite num´ erique est une fonction de N dans R (suite r´ eelle) ou C (suite complexe) qui ` a un entier n associe un nombre u n . Une suite est not´ ee (u n ) nN ou (u n ) et u n est appel´ e le terme g´ en´ eral de la suite. Cette notation est une abr´ eviation de (u 0 , u 1 , u 2 , u 3 , u 4 ...). Exemples Les d´ ecimales d’un nombre : l’´ ecriture de π est (3, 1, 4, 1, 5,...). Suites d´ efinies ` a partir d’une formule f en prenant les valeurs de f en les entiers : Si f (x )= x 2 + e sin x |x |− π , f d´ efinit une suite u n = f (n). Suites constantes u n = c C pour tout n N : (c , c , c , c , c ,...). Nous verrons d’autres exemples dans la suite du cours. Math´ ematiques pour le signal discret – Ma32 Plan du cours Chapitre 1 : Suites num´ eriques Chapitre 2 : S´ eries num´ eriques Chapitre 3 : S´ eries enti` eres Chapitre 4 : Transform´ ee en Z Math´ ematiques pour le signal discret – Ma32 Plan du cours Chapitre 1 : Suites num´ eriques Chapitre 2 : S´ eries num´ eriques Chapitre 3 : S´ eries enti` eres Chapitre 4 : Transform´ ee en Z Math´ ematiques pour le signal discret – Ma32 Guy Casale IRMAR bˆ at 21 Beaulieu http://perso.univ-rennes1.fr/guy.casale/ R ´ ef ´ erence A First Course in Mathematical Analysis David Brannan, Cambridge University Press Math´ ematiques BTS-DUT Industriels C. Larcher, M. Pariente, J.-C. Roy, Techniplus Texte ´ elabor´ e` a partir des notes de Louis-Marie Le Ny et Virginie Bouteloup – contient des erreurs de frappe —

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Page 1: 1 - Quelques d´efinitions. - univ-rennes1.fr...1 - Quelques d´efinitions. D´efinition Une suite num´erique est une fonction de N dans R (suite r´eelle) ou C (suite complexe)

1-

Quel

ques

defi

nitio

ns.

Defi

nitio

nU

ne

suite

num

eriq

ue

est

une

fonct

ion

de

Ndan

sR

(suite

reel

le)

ouC

(suite

com

ple

xe)

quia

un

entier

nas

soci

eun

nom

bre

un.

Une

suite

est

not

ee(u

n) n

∈N

ou(u

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etu

nes

tap

pel

ele

term

egen

eral

de

lasu

ite.

Cet

tenota

tion

est

une

abre

viat

ion

de

(u0,u

1,u

2,u

3,u

4..

.).

Exe

mple

s

Les

dec

imal

esd’u

nnom

bre

:l’ec

ritu

rede

πes

t(3

,1,4

,1,5

,...

).

Suites

defi

nie

sa

par

tir

d’u

ne

form

ule

fen

pren

ant

les

vale

urs

de

f

enle

sen

tier

s:Sif(x

)=

x2+

esin

x

|x|−

π,f

defi

nit

une

suite

un

=f(n

).

Suites

const

ante

su

n=

c∈

Cpou

rto

ut

n∈

N:(c

,c,c

,c,c

,...

).

Nous

verr

ons

d’a

utr

esex

emple

sdan

sla

suite

du

cours

.

Mat

hem

atiq

ues

pour

lesignal

discr

et–

Ma3

2

Pla

ndu

cours

Chap

itre

1:Suites

num

eriq

ues

Chap

itre

2:Ser

ies

num

eriq

ues

Chap

itre

3:Ser

ies

entier

es

Chap

itre

4:Tra

nsf

orm

eeen

Z

Mat

hem

atiq

ues

pour

lesignal

discr

et–

Ma3

2

Pla

ndu

cours

Chap

itre

1:Suites

num

eriq

ues

Chap

itre

2:Ser

ies

num

eriq

ues

Chap

itre

3:Ser

ies

entier

es

Chap

itre

4:Tra

nsf

orm

eeen

Z

Mat

hem

atiq

ues

pou

rle

sign

aldiscr

et–

Ma3

2

Guy

Cas

ale

IRM

AR

bat

21

Bea

ulie

uhttp://perso.univ-rennes1.fr/guy.casale/

Reference

AFirst

Cours

ein

Math

ematica

lA

naly

sis

Dav

idB

rannan

,Cam

bridge

Univ

ersity

Pre

ss

Math

ematiques

BT

S-D

UT

Indust

riel

s

C.Lar

cher

,M

.Par

iente

,J.

-C.Roy

,Tec

hnip

lus

Tex

teel

abore

apar

tir

des

note

sde

Louis-M

arie

Le

Ny

etVirgin

ieBoute

loup

–co

ntien

tdes

erre

urs

de

frappe

Page 2: 1 - Quelques d´efinitions. - univ-rennes1.fr...1 - Quelques d´efinitions. D´efinition Une suite num´erique est une fonction de N dans R (suite r´eelle) ou C (suite complexe)

2-

Lim

ites

&co

nve

rgen

ce

Defi

nitio

nO

ndit

qu’u

ne

suite

(un)te

nd

(ou

conve

rge)

vers

un

nom

bre

ℓsi

pou

rto

ute

prec

isio

ilex

iste

un

rang

Nte

lque

pou

rn≥

Nle

snom

bres

un

soie

nt

aune

dista

nce

εde

ℓ:

∀ε>

0,∃N

∈N

telque

n≥

N⇒

|un−

ℓ|≤

ε

Exe

mple

Montr

ons

qu’a

par

tir

d’u

nce

rtai

nra

ng

lasu

ite

de

term

egen

eral

1 √n

est

plu

spet

itque

10−

10.

S’ilex

iste

,le

nom

bre

ℓes

tap

pel

ela

lim

ite

de

lasu

ite

(un)

eton

not

e

limn→

+∞

un

=ℓ

ouu

n−→

n→

+∞

ℓ.

S’iln’e

xist

epas

ondit

que

lasu

ite

div

erg

e.

Exe

mple

Dem

ontr

ezpar

recc

ure

nce

que

Sc(n

)=

1+

4+

9+

16+

...+

n2

=

k=

n∑ k=

1

k2

=1 6n(n

+1)

(2n

+1)

.

1Sc(1

)=

1=

1 6(1

.2.3

),la

prop

riet

ees

tvr

aie

aupr

emie

rra

ng.

2Supposo

ns

que

Sc(n

−1)

=1 6(n

−1)

n(2

n−

1)al

ors

Sc(n

)=

Sc(n

−1)

+n

2=

1 6((

n−

1)n(2

n−

1)+

6n2)

=1 6n(2

n2+

3n+

1)=

1 6n(n

+1)

(2n

+1)

.

Deu

xca

ract

erisat

ions

de

lava

riat

ion

d’u

ne

suite

:

Une

suite

reel

le(u

n)

est

croi

ssan

te(r

esp.dec

roissa

nte

)si

etse

ule

men

tsi

lasu

ite

de

term

egen

eral

un+

1−

un

est

toujo

urs

positive

(res

p.neg

ativ

e).

Une

suite

reel

le(u

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de

nom

bres

strict

emen

tpositifs

est

croissa

nte

(res

p.dec

roissa

nte

)si

etse

ule

men

tsi

lasu

ite

de

term

ege

ner

alu

n+

1

un

est

min

ore

(res

p.m

ajor

e)par

1.

Dem

onst

ration

par

recu

rren

cePou

rm

ontr

erque

qu’u

ne

prop

riet

eP

(n)

est

vrai

epour

tout

n≥

n0

:

1O

nm

ontr

eque

lapr

opriet

ees

tvr

aie

aura

ng

n0

i.e.

P(n

0)

est

vrai

e.

2O

nm

ontr

eque

sipou

rn

fixe

,P

(n)

est

vrai

eal

ors

P(n

+1)

l’es

tau

ssii.e.

P(n

)⇒

P(n

+1).

Defi

nitio

ns

Une

suite

reel

le(u

n)

est

dite

majo

ree

s’il

existe

un

nom

bre

Mte

lque

un≤

Mpour

tout

n∈

N,

min

ore

es’il

existe

un

nom

bre

mte

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m≤

un

pour

tout

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N,

born

ee

siel

lees

tm

inor

eeet

maj

oree

,

croissa

nte

siu

n≤

un+

1pou

rto

ut

n∈

N,

decr

oissa

nte

siu

n+

1≤

un

pou

rto

ut

n∈

N,

monoto

ne

siel

lees

tcr

oiss

ante

ou

dec

roissa

nte

.

Rem

arque

Une

suite

(vn)

de

nom

bres

com

ple

xes

ne

peu

tpas

etre

qual

ifiee

de

dec

roissa

nte

oudec

roissa

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.Les

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-(ℜ

evn)

des

par

ties

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les,

-(ℑ

mv n

)des

par

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imag

inai

res

ou

-(|v

n|)

des

module

s

peu

vent

etre

croissa

nte

s,dec

roissa

nte

s,bor

nee

s,..

.

Page 3: 1 - Quelques d´efinitions. - univ-rennes1.fr...1 - Quelques d´efinitions. D´efinition Une suite num´erique est une fonction de N dans R (suite r´eelle) ou C (suite complexe)

4-

Suites

clas

siques

.

a.Suites

arithm

etiq

ues

.

Une

suite

arithm

etiq

ue

de

raison

ret

de

prem

ier

term

eu

0es

tdefi

nie

par

recu

rren

cepar

un+

1=

un

+r.

On

dem

ontr

e(p

arre

curr

ence

)que

un

=u

0+

nr.

-Sir

=0,la

suite

est

const

ante

,to

us

les

term

esva

lent

u0.

-Sir

>0,la

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est

croi

ssan

tem

ais

n’e

stpas

maj

oree

.-Sir

<0,la

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est

dec

roissa

nte

mai

sel

len’e

stpas

min

oree

.

La

som

me

des

npr

emie

rste

rmes

d’u

nsu

ite

arithm

etiq

ue

vaut

:

u0+

u1+

u2+

...+

un

=∑

i=n

i=0u

i=

∑i=

n

i=0u

0+

ir

=∑

i=n

i=0u

0+

r∑

i=n

i=0i

=(n

+1)

u0+

rn(n

+1)

2.

3-

Reg

les

oper

atoi

res

sur

les

limites

.

a.Com

bin

aiso

ns

linea

ires

.

Siu

n−→

n→

+∞

ℓet

v n−→

n→

+∞

ℓ′al

ors

un

+v n

−→n→

+∞

ℓ+

ℓ′.

Siu

n−→

n→

+∞

ℓet

λ∈

R(o

uC

)al

ors

λu

n−→

n→

+∞

λℓ.

b.Pro

duits

etquot

ients

.

Siu

n−→

n→

+∞

ℓet

v n−→

n→

+∞

ℓ′al

ors

unv n

−→n→

+∞

ℓℓ′

Side

plu

sle

sv n

ainsi

que

ℓ′so

nt

non

nuls

alor

su

n

vn

−→n→

+∞

ℓ ℓ′.

c.Com

pose

par

une

fonct

ion

continue.

Siu

n−→

n→

+∞

ℓet

sif

est

une

fonct

ion

continue

enℓ

alor

s

f(u

n)

−→n→

+∞

f(ℓ

).

Theo

rem

eTou

tesu

ite

croi

ssan

teet

maj

oree

est

conve

rgen

te.

(Toute

suite

dec

roissa

nte

etm

inore

ees

tco

nver

gen

te.)

Dem

onst

ration

.Soi

t(u

n)

une

suite

reel

lecr

oiss

ante

maj

oree

.N

otons

ℓle

plu

spet

itdes

maj

oran

ts.N

ous

allo

ns

mon

trer

que

lasu

ite

tend

vers

ℓ.N

ous

ne

pro

uve

rons

pas

que

ℓex

iste

ici,

c.f.

lare

fere

nce

et/ou

un

autr

elivr

e.

Pre

non

sun

ε>

0.Com

me

ℓes

tle

plu

spet

itm

ajor

ant

de

lasu

ite,

ilex

iste

un

nom

bre

uN

tel

que

ℓ−

ε≤

uN≤

ℓ.

La

suite

etan

tcr

oiss

ante

etm

ajor

eepar

ℓon

a

N≤

n⇒

ℓ−

ε≤

uN≤

un≤

ℓ.

On

abie

nn≥

N⇒

|un−

ℓ|≤

ε.

Theo

rem

e

Sila

limite

existe

elle

est

uniq

ue.

Une

suite

conve

rgen

tees

tbor

nee

.

Si(u

n)

et(v

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verifien

tu

n=

v nlo

rsque

n>

pal

ors

(un)

conve

rge

siet

seule

men

tsi

(vn)

conve

rge

S’ilex

iste

q∈

Nte

lque

un+

q=

v npou

rto

ut

nal

ors

(un)

conve

rge

siet

seule

men

tsi

(vn)

conve

rge

Dem

onst

ration

...

.

Exe

mple

s

La

suite

de

term

ege

ner

alu

n=

1 nco

nve

rge

vers

0.

La

suite

const

ante

un

=a

pou

rto

ut

n∈

Nco

nve

rge

vers

a.

La

suite

de

term

ege

ner

alu

n=

n2

ne

conve

rge

pas

.

La

suite

de

term

ege

ner

alu

n=

(−1)

nne

conve

rge

pas

.

Page 4: 1 - Quelques d´efinitions. - univ-rennes1.fr...1 - Quelques d´efinitions. D´efinition Une suite num´erique est une fonction de N dans R (suite r´eelle) ou C (suite complexe)

e.Suites

defi

nie

spar

recu

rren

ce.

Defi

nitio

nU

ne

suite

reel

le(o

uco

mple

xe)

(un)

est

defi

nie

par

recu

rren

cea

par

tir

de

son

prem

ier

term

eu

0s’il

existe

une

fonct

ion

f:R

→R

(ou

f:C

→C

)te

lleque

un+

1=

f(u

n)

pou

rto

ut

n∈

N.

Pro

pos

itio

nSif

est

continue

etsi

lasu

ite

(un)

defi

nie

apar

tir

de

u0

par

un+

1=

f(u

n)

conve

rge

vers

ℓal

ors

ℓ=

f(ℓ

).

Dem

onst

ration

...

.

Rep

rese

nta

tion

grap

hiq

ue.

(la

suite

un+

1=

1 2u

n+

1)

d.Suites

extr

aite

s.

Defi

nitio

nEta

nt

donnee

une

suite

(un),

une

suite

(vn)

est

extr

aite

de

(un)

s’il

existe

une

fonct

ion

φ:N→

Nst

rict

emen

tcr

oiss

ante

telle

que

v n=

uφ(n

).

Exe

mple

Si(u

n)

est

une

suite,

les

suites

v n=

un

2et

wn

=u

2n+

1so

nt

des

suites

extr

aite

sde

(un)

Theo

rem

eSiune

suite

(un)

conve

rge

vers

ℓal

ors

toute

suite

extr

aite

de

(un)

conve

rge

vers

ℓ.

Dem

onst

ration

...

.

Exe

mple

La

suite

un

=(−

1)n

ne

conve

rge

pas

car

les

suites

extr

aite

sv n

=u

2n

=1

etw

n=

u2n+

1=

−1

ne

conve

rgen

tpas

vers

lam

eme

limite.

c.Suites

adja

cente

s.

Defi

nitio

nD

eux

suites

(un)

et(v

n)

sont

dites

adja

cente

ssi

(un)

est

croi

ssan

te,(v

n)

est

dec

roissa

nte

,u

n≤

v net

limn→

+∞

(un−

v n)

=0

Pro

pos

itio

nSideu

xsu

ites

sont

adja

cente

sal

ors

elle

sco

nve

rgen

tet

ont

mem

elim

ite.

Dem

onst

ration

...

.

Exe

mple

Etu

dio

ns

laco

nve

rgen

cedes

suites

un

=

n∑ k=

1

1 k2

etv n

=

n∑ k=

1

1 k2

+1 n.

On

peu

tca

lcule

rla

lim

ite

de

ces

suites

,el

les

tenden

tve

rsπ

2 6.

b.Suites

geom

etriques

.U

ne

suite

geom

etrique

de

raison

qet

de

prem

ier

term

eu

0es

tdefi

nie

par

recu

rren

cepar

un+

1=

qu

n.

On

dem

ontr

e(p

arre

curr

ence

)que

un

=q

nu

0.

Siu

0=

0to

us

les

term

esde

lasu

ite

sont

nuls.Sin

on

plu

sieu

rsca

sse

pres

ente

nt

:-Siq

=0

lasu

ite

est

const

ante

egal

ea

0a

par

tir

du

seco

nd

term

e.-Siq

=1

lasu

ite

est

const

ante

,to

us

lete

rmes

vale

nt

u0.

-Siq

=−

1la

suite

est

vaut

alte

rnat

ivem

ent

u0

et−

u0.

-Si|q|>

1La

suite

ne

conve

rge

pas

.-Si|q|<

1La

suite

conve

rge

vers

0.

La

som

me

des

npr

emie

rste

rmes

d’u

nsu

ite

geom

etiq

ue

vaut

:

u0+

u1+

u2+

...+

un

=∑

i=n

i=0u

i=

∑i=

n

i=0q

i u0

=u

0

∑i=

n

i=0q

i

=u

01−

qn+

1

1−

q.

Page 5: 1 - Quelques d´efinitions. - univ-rennes1.fr...1 - Quelques d´efinitions. D´efinition Une suite num´erique est une fonction de N dans R (suite r´eelle) ou C (suite complexe)

Mat

hem

atiq

ues

pour

lesignal

discr

et–

Ma3

2

Chap

itre

1:Suites

num

eriq

ues

Chap

itre

2:Ser

ies

num

eriq

ues

Chap

itre

3:Ser

ies

entier

es

Chap

itre

4:Tra

nsf

orm

eeen

Z

Exe

mple

Tro

uvo

ns

une

form

ule

pou

rca

lcule

rle

term

ege

ner

alde

lasu

ite

defi

nie

par

un+

2=

5un+

1−

6u

n

apar

tir

de

u0

=1

etu

1=

0.

e.Suites

defi

nie

spar

une

recu

rren

cedou

ble

.

Defi

nitio

nU

ne

suite

reel

le(o

uco

mple

xe)

(un)

est

defi

nie

par

recu

rren

cedouble

apar

tir

de

ses

deu

xpr

emie

rste

rmes

u0

etu

1s’il

existe

une

fonct

ion

f:R×

R→

R(o

uf

:C×

C→

C)

telle

que

un+

2=

f(u

n+

1,u

n)

pour

tout

n∈

N.

Reg

ardon

sle

ssu

ites

reel

les

defi

nie

spar

une

recu

rren

cedouble

linea

ire

:

aun+

2+

bu

n+

1+

cun

=0

avec

a6=

0.

L’e

quat

ion

ar2+

br+

cb=

0(C

)

s’ap

pel

lel’equation

cara

cterist

ique

asso

cie,

not

ons

∆=

b2−

4ac

.-Si∆

>0

alor

su

n=

λrn 1

+µrn 2

ou

r 1et

r 2so

nt

les

deu

xra

cines

de

(C).

-Si∆

=0

alor

su

n=

(λn

+µ)r

nou

res

tla

raci

ne

dou

ble

de

(C).

-Si∆

<0

alor

su

n=

(λco

snθ

sin

nθ)

ρn

our 1

=r 2

=ρe

iθso

nt

les

deu

xra

cines

de

(C).

Exe

mple

(l’a

pplic

atio

nlo

gistique)

Fix

ons

un

par

amet

re1

<r

<4

etco

nsider

ons

lasu

ite

don

nee

par

0<

u0

<1

etu

n+

1=

f(u

n)

=ru

n(1

−u

n)

Mon

tron

spar

recu

rren

ceque

0≤

un≤

1.Sila

suite

aune

limite

celle

-civa

ut

...

Si1

<r

<3

lasu

ite

conve

rge

effec

tive

men

tve

rsr−

1r

.Pour

r>

3le

com

port

emen

tde

lasu

ite

est

plu

sch

aotique.

(c.f

http://en.wikipedia.org/wiki/Logisticmap)

Page 6: 1 - Quelques d´efinitions. - univ-rennes1.fr...1 - Quelques d´efinitions. D´efinition Une suite num´erique est une fonction de N dans R (suite r´eelle) ou C (suite complexe)

2-Pre

mie

res

prop

riet

es

Pro

pos

itio

nSila

serie∑

un

conve

rge

alor

su

n−→

n→

+∞

0.

Dem

onst

ration

.O

na

uN

=S

N−

SN−

1don

c

limN→

+∞

uN

=lim

N→

+∞

SN−

limN→

+∞

SN−

1=

S−

S=

0.

Rem

arque

Cet

tepr

oposition

n’e

stpas

utile

pou

rpr

ouve

rqu’u

ne

serie

conve

rge

mai

sse

ule

men

tpour

prou

ver

qu’u

ne

serie

div

erge

.

Exe

mple

s

La

serie

geo

met

rique

de

raison

q:∑

qn

div

erge

lors

que|q|≥

1.

Exe

mple

s

Ser

iege

omet

rique

de

raison

plu

spet

ite

que

1:u

n=(

1 2

)n.

Les

som

mes

par

tiel

les

vale

nt

SN

=

N∑ n=

0

1 2n=

1−

(1/2)

N+

1

1−

1/2

.

C’e

stune

serie

conve

rgen

teet

+∞∑ n=

0

1 2n

=2.

Ser

iege

omet

rique

de

raison

plu

sgr

ande

que

1:u

n=

2n.

Les

som

mes

par

tiel

les

vale

nt

SN

=

N∑ n=

0

2n

=1−

2N+

1

1−

2.

C’e

stune

serie

div

erge

nte

.

1-

Defi

nitio

ns

etnot

atio

ns.

Defi

nitio

ns

Soi

tu

nune

suite

num

eriq

ue.

La

suite

(SN)

de

term

ege

ner

al

SN

=u

0+

u1+

...+

uN

=N∑ n=

0

un

est

appel

eese

rie

de

term

ege

ner

alu

n.

SN

est

laso

mm

epar

tielle

d’o

rdre

N.O

nnot

era∑

un

lase

rie

de

term

ege

ner

alu

n.

Defi

nitio

ns

Soi

t∑

un

une

serie

num

eriq

ue.

Elle

est

dite

conve

rgen

tesi

lasu

ite

des

som

mes

par

tiel

les

(SN)

conve

rge

vers

un

nom

bre

S.

Dan

sce

cas

Ses

tap

pel

eso

mm

ede

lase

rie

etes

tnote

+∞∑ n=

0

un,

etR

N=

S−

SN

=

+∞∑

n=

N+

1

un

est

lere

ste

d’o

rdre

Nde

lase

rie.

Une

serie

non

conve

rgen

tees

tdite

div

ergen

te.

Mat

hem

atiq

ues

pour

lesignal

discr

et–

Ma3

2

Chap

itre

1:Suites

num

eriq

ues

Chap

itre

2:Ser

ies

num

eriq

ues

Chap

itre

3:Ser

ies

entier

es

Chap

itre

4:Tra

nsf

orm

eeen

Z

Page 7: 1 - Quelques d´efinitions. - univ-rennes1.fr...1 - Quelques d´efinitions. D´efinition Une suite num´erique est une fonction de N dans R (suite r´eelle) ou C (suite complexe)

Oper

atio

ns

sur

les

series

Pro

pos

itio

nSoie

nt∑

un

et∑

v ndeu

xse

ries

,λ∈

Ret

µ∈

R.Si∑

un

et∑

v nco

nve

rge

alor

s∑

(λu

n+

µv n

)co

nve

rge

et

+∞∑ n=

0

(λu

n+

µv n

)=

λ

+∞∑ n=

0

un

+∞∑ n=

0

v n.

Dem

onst

ration

...

.

Rem

arques

-Si∑

un

conve

rge

et∑

v ndiv

erge

alor

s∑

un

+v n

div

erge

.-Si∑

un

et∑

v ndiv

erge

nt

alor

son

ne

sait

rien

sur∑

un

+v n

.Consider

ezu

n=

1/n

etv

n=

−1/n.

-La

serie

produit∑

unv n

n’a

pas

pou

rso

mm

e(∑

un)(∑

v n).

Consider

ezu

n=

(1/2)n

etv

n=

(1/3)n

.

Ser

ies

tele

scop

iques

Exe

mple

Les

som

mes

par

tiel

les

de

lase

rie∑

(1 n−

1n+

1)

seca

lcule

nt

faci

lem

ent.

∑N n=

1(

1 n−

1n+

1)

=∑

N n=

11 n−∑

N n=

11

n+

1

=∑

N n=

11 n−∑

N+

1n=

21 n

=1−

1N

+1

Cal

culo

ns

laso

mm

ede∑

1n(n

+1).

Fix

ons

p∈

N>

0.Q

ue

pou

vez-

vous

dire

de

lase

rie∑

1n(n

+p)?

Ser

ies

geom

etriques

La

serie

geo

mer

ique

de

prem

ier

term

ea

etde

raison

qes

t

aqn.

Theo

rem

e

Si|q|<

1la

serie∑

aqn

conve

rge

vers

a1−

q.

Si|q|≥

1et

a6=

0la

serie∑

aqn

est

div

ergen

te.

Dem

onst

ration

.-c.

f.le

cours

sur

les

suites

-

Exe

mple

Mon

tron

sque

0,3

3333

...=

1 3.

La

serie

har

mon

ique

:∑

1 n.

Le

term

ege

ner

alte

nd

vers

0m

ais

lase

rie

div

erge

.

Les

som

mes

par

tiel

les

sont

SN

=∑

N n=

11 n.Con

sider

ons

lasu

ite

extr

aite

:T

N=

S2

N.O

na

alor

s

TN

+1−

TN

=2

N+

1∑ n=

1

1 n−

2N

∑ n=

1

1 n=

2N

+1

n=

2N+

1

1 n

≥2

12

N+

1=

1 2.

La

suite

extr

aite

(TN)

div

erge

,la

suite

(SN)

est

donc

auss

idiv

ergen

te:

lase

rie

har

mon

ique

div

erge.

Voir

auss

il’ex

erci

ce6

du

TD

1

Inte

rpre

tation

phys

ique

surhttp://www.etudes.ru(/ru/mov/mov006/index.php)

Page 8: 1 - Quelques d´efinitions. - univ-rennes1.fr...1 - Quelques d´efinitions. D´efinition Une suite num´erique est une fonction de N dans R (suite r´eelle) ou C (suite complexe)

Theo

rem

esde

com

par

aiso

n

Theo

rem

eSoie

nt∑

un

et∑

v ndeu

xse

ries

ate

rmes

pos

itifs

avec

un

∼ +∞

v n.

La

serie∑

un

conve

rge

siet

seule

men

tsi∑

v nco

nve

rge.

Rap

pel

un

∼ +∞

v nsi

un

vn

−→n→

+∞

1.

Dem

onst

ration

...

.

Exe

mple

Montr

ons

que

lase

rie∑

ln

(

1+

1 2n

)

div

erge

.

Theo

rem

esde

com

par

aiso

n

Theo

rem

eSoie

nt∑

un

et∑

v ndeu

xse

ries

ate

rmes

pos

itifs

avec

un≤

v npou

rto

ut

n∈

N. Si∑

v nco

nve

rge

alor

s∑

un

conve

rge.

Si∑

un

div

erge

alor

s∑

v ndiv

erge

.

Dem

onst

ration

...

.

Exe

mple

Montr

ons

que

lase

rie∑

1 n2

conve

rge.

3-Ser

ies

ate

rmes

pos

itifs

Ce

sont

les

series∑

un

avec

un≥

0pou

rto

ut

n∈

N.

Pro

pos

itio

nU

ne

serie

ate

rme

pos

itifs∑

un

est

conve

rgen

tesi

etse

ule

men

tsi

lasu

ite

des

som

mes

par

tiel

les

est

maj

oree

.

Dem

onst

ration

.

Con

ditio

nsu

ffisa

nte

:La

suite

(Sn)

des

som

mes

par

tiel

les

est

croissa

nte

car

Sn+

1−

Sn

=u

n+

1≥

0.Side

plu

sel

lees

tm

ajor

eeal

ors

elle

conve

rge

(c.f.co

urs

sur

les

suites

).

Conditio

nnec

essa

ire

:Sila

suite

des

som

mes

par

tiel

les

(Sn)

conve

rge,

elle

est

maj

oree

(c.f.co

urs

sur

les

suites

).

Theo

rem

e

Si∑

un

et∑

v nve

rifien

tu

n=

v nlo

rsque

n>

pal

ors

∑u

nco

nve

rge

siet

seule

men

tsi∑

v nco

nve

rge

S’ilex

iste

q∈

Nte

lque

un+

q=

v npou

rto

ut

nal

ors

∑u

nco

nve

rge

siet

seule

men

tsi∑

v nco

nve

rge

Dem

onst

ration

.

SiN

>p

ona

N∑ n=

0

un−

N∑ n=

0

v n=

p∑ n=

0

un−

v n=

A.

Les

som

mes

par

tiel

les

verifien

t∑

N n=

0u

n=

A+∑

N n=

0v n

.et

sont

donc

de

mem

enat

ure

.

On

aN∑ n=

0

un−

N−

q∑ n=

0

v n=

N∑ n=

0

un−

N−

q∑ n=

0

un+

q=

q∑ n=

0

un

=B

.

Les

suites

des

som

mes

par

tiel

les

sont

don

cde

mem

enat

ure

.

Page 9: 1 - Quelques d´efinitions. - univ-rennes1.fr...1 - Quelques d´efinitions. D´efinition Une suite num´erique est une fonction de N dans R (suite r´eelle) ou C (suite complexe)

4-Ser

ies

ate

rmes

reel

s

Defi

nitio

nU

ne

serie∑

un

est

dite

abso

lum

ent

conve

rgente

sila

serie∑

|un|e

stco

nve

rgen

te.

Theo

rem

eSi∑

un

est

une

serie

abso

lum

ent

conve

rgen

teal

ors

elle

conve

rge.

Dem

onst

ration

...

.

Exe

mple

Montr

ons

que

lase

rie∑

sin

n

n2

conve

rge.

Com

par

aiso

nav

ecune

inte

gral

e

Theo

rem

eSoit

f:R→

R≥

0une

fonct

ion

continue

etdec

roissa

nte

.

La

serie∑

f(n

)co

nve

rge

siet

seule

men

tsi

l’in

tegr

ale∫

+∞

0f(x

)dx

conve

rge.

Dem

onst

ration

...

.

Exe

mple

(Ser

ies

de

Rie

man

n)

Soit

α∈

R,le

sse

ries∑

1 nα

sont

appel

ees

series

de

Rie

man

n.

Montr

ons

qu’u

ne

serie

de

Rie

man

nco

nve

rge

siα

>1

etdiv

erge

siα≤

1.

Crite

rede

Cau

chy

Theo

rem

eSoi

t∑

un

une

serie

ate

rme

pos

itifs

telle

que

n√u

n−→

n→

+∞

ℓ.

Siℓ

<1,la

serie

conve

rge,

Siℓ

>1,la

serie

div

erge

.

Dem

onst

ration

...

.

Exe

mple

Mon

tron

sque

lase

rie∑

1 nn

conve

rge.

Crite

rede

d’A

lem

ber

t

Theo

rem

eSoi

t∑

un

une

serie

ate

rme

positifs

telle

que

un+

1

un

−→n→

+∞

ℓ.

Siℓ

<1,la

serie

conve

rge,

Siℓ

>1,la

serie

div

erge.

Dem

onst

ration

...

.

Exe

mple

Mon

tron

sque

lase

rie∑

1 n!

conve

rge.

Page 10: 1 - Quelques d´efinitions. - univ-rennes1.fr...1 - Quelques d´efinitions. D´efinition Une suite num´erique est une fonction de N dans R (suite r´eelle) ou C (suite complexe)

Mat

hem

atiq

ues

pour

lesignal

discr

et–

Ma3

2

Chap

itre

1:Suites

num

eriq

ues

Chap

itre

2:Ser

ies

num

eriq

ues

Chap

itre

3:Ser

ies

entier

es

Chap

itre

4:Tra

nsf

orm

eeen

Z

La

serie∑

zn,z∈

C.

Pro

pos

itio

n

Si|z|≥

1la

serie∑

zn

est

div

erge

nte

.

Si|z|<

1la

serie∑

zn

conve

rge

abso

lum

ent

etsa

som

me

vaut

+∞∑ n=

0

zn

=1

1−

z.

Exe

mple

Cal

culo

ns

les

som

mes

des

deu

xse

ries∑

a net∑

bn

avec

a n=

cosnθ

2n

etb

n=

sin

2n.

5-Ser

ies

ate

rmes

com

ple

xes

Pro

pos

itio

nU

ne

serie

ate

rmes

com

ple

xes∑

un

conve

rge

siet

seule

men

tsi

les

series

ate

rmes

reel

s∑

ℜe(u

n)

et∑

ℑm(u

n)

conve

rgen

t.

Defi

nitio

nU

ne

serie

ate

rmes

com

ple

xes∑

un

est

dite

abso

lum

ent

conve

rgente

sila

serie

ate

rmes

pos

itifs∑

|un|e

stco

nve

rgen

te.

Theo

rem

eSi∑

un

est

une

serie

ate

rmes

com

ple

xes

abso

lum

ent

conve

rgen

teal

ors

elle

conve

rge.

Dem

onst

ration

...

.

Ser

ies

alte

rnee

Defi

nitio

nU

ne

serie∑

un

est

dite

altern

ee

sice

ste

rmes

sont

alte

rnat

ivem

ent

positifs

etneg

atifs.

Theo

rem

eSoi

t∑

un

une

serie

alte

rnee

.Si|u

n|d

ecro

itet

tend

vers

0al

ors

lase

rie

∑u

nes

tco

nve

rgen

te.Plu

spr

ecisem

ent,

∣ ∣ RN

∣ ∣=∣ ∣

+∞∑

n=

N+

1

un

∣ ∣≤

|uN

+1|.

Dem

onst

ration

...

.

Exe

mple

Mon

tron

sque

lase

rie∑

(−1)

n

nco

nve

rge

mai

sne

conve

rge

pas

abso

lum

ent.

Page 11: 1 - Quelques d´efinitions. - univ-rennes1.fr...1 - Quelques d´efinitions. D´efinition Une suite num´erique est une fonction de N dans R (suite r´eelle) ou C (suite complexe)

Defi

nitio

nSoit∑

a nx

nune

serie

entier

ede

rayo

nde

conve

rgen

ceR

.L’e

nse

mble

des

xte

lsque|x|<

Res

tle

dom

aine

de

conve

rgen

cede

lase

rie.

Sion

travaille

avec

des

nom

bre

sre

els,

c’es

tun

inte

rvalle.

Sion

travaille

avec

des

nom

bre

sco

mple

xes

,c’

est

un

disque.

Exe

mple

s

Le

rayo

nde

conve

rgen

cede

lase

rie

reel

le∑

xn

est

1ca

r..

.

Le

dom

aine

reel

de

conve

rgen

cede

cett

ese

rie

est

]−

1,1[

.Elle

ne

conve

rge

que

pou

rx∈ ]

−1,

1[.

Le

rayo

nde

conve

rgen

cede

lase

rie

reel

le∑

xn n

est

1ca

r..

.

Le

dom

aine

reel

de

conve

rgen

cede

cett

ese

rie

est

]−

1,1[

.Par

contr

eel

leco

nve

rge

pou

rx∈

[−1,

1[.

Le

rayo

nde

conve

rgen

cede

lase

rie

reel

le∑

xn

n2

est

1ca

r..

.

Le

dom

aine

reel

de

conve

rgen

cede

cett

ese

rie

est

]−

1,1[

.Par

contr

e,el

leco

nve

rge

pou

rx∈

[−1,

1].

Lem

ma

Sila

serie∑

a nX

nco

nve

rge

et|x|<

|X|a

lors

lase

rie∑

a nx

nco

nve

rge

abso

lum

ent.

Dem

onst

ration

...

.

Theo

rem

eSoit∑

a nx

nune

serie

entier

e.Il

existe

un

uniq

ue

nom

bre

R≥

0,

even

tuel

lem

ent

infini,

telque

:

si|x|<

R,la

serie

conve

rge

abso

lum

ent,

si|x|>

R,la

serie

div

erge

.

Ce

nom

bre

est

appel

ele

rayo

nde

conve

rgen

cede

lase

rie.

Dem

onst

ration

...

.

1-

Defi

nitio

ns

etnot

atio

ns.

Defi

nitio

nU

ne

serie

entier

ees

tune

serie∑

a nx

nou

xes

tun

nom

bre

reel

ou

com

ple

xeet

a nes

tle

term

ege

ner

ald’u

ne

suite

de

nom

bres

reel

sou

com

ple

xes.

Ce

sont

des

som

mes

infinie

sde

puissa

nce

sde

x.Elle

sgen

eral

isen

tdonc

les

pol

ynom

es.

Exe

mple

s

Sia n

=0

lors

que

n>

pal

ors∑

a nx

n=

a 0+

a 1x

+..

.+a p

xp.

Sia n

=1

pou

rto

ut

nal

ors∑

xn

est

une

serie

geo

met

rique.

Rem

arque

Si|x|<

1la

serie∑

xn

est

une

fonct

ion

de

xque

vous

connai

ssez

:

+∞∑ n=

0

xn

=1

1−

x.

Mat

hem

atiq

ues

pour

lesignal

discr

et–

Ma3

2

Chap

itre

1:Suites

num

eriq

ues

Chap

itre

2:Ser

ies

num

eriq

ues

Chap

itre

3:Ser

ies

entier

es

Chap

itre

4:Tra

nsf

orm

eeen

Z

Page 12: 1 - Quelques d´efinitions. - univ-rennes1.fr...1 - Quelques d´efinitions. D´efinition Une suite num´erique est une fonction de N dans R (suite r´eelle) ou C (suite complexe)

3-

Oper

atio

ns

sur

les

series

entier

es

Soie

nt∑

a nx

net∑

bnx

ndeu

xse

ries

entier

esde

rayo

ns

de

conve

rgen

ceR

1et

R2

etde

som

me

f 1(x

)et

f 2(x

)re

spec

tive

men

t.a

-Com

bin

aiso

ns

linea

ires

Pro

pos

itio

nSiλ

1et

λ2

sont

deu

xnom

bres

,la

serie∑

(λ1a n

2b

n)x

na

un

rayo

nde

conve

rgen

ceR

telque

-R

=m

in(R

1,R

2)

siR

16=

R2,

-R

≥R

1si

R1

=R

2.

La

som

me

de∑

(λ1a n

2b

n)x

nes

t

+∞∑ n=

0

(λ1a n

2b

n)x

n=

λ1f 1

(x)+

λ2f 2

(x).

Dem

onst

ration

.-c.

f.le

cours

sur

les

suites

-

Exe

mple

s

La

serie

reel

le∑

1 n!x

n.

Crite

rede

d’A

lem

ber

t:

∣ ∣ ∣ ∣

a n+

1

a n

∣ ∣ ∣ ∣=

1(n

+1)!

1 n!

=n!

(n+

1)!

=1

n+

1−→

n→

+∞

0.

Le

dom

aine

de

conve

rgen

cede

cett

ese

rie

est

R.

Sa

som

me

est

une

fonct

ion

f:R

→R

.La

connai

ssez

-vou

s?

La

serie

reel

le∑(1−

1 n

)n

2

xn.

Crite

rede

Cau

chy

:n√

|an|=

(n−

1

n

)n

=1−

1 n(

1+

1n−

1

)n−

1−→

n→

+∞

1 e.

Le

dom

aine

de

conve

rgen

cede

cett

ese

rie

est

]−

e,e

[.Sa

som

me

est

une

fonct

ion

g:]−

e,e

[→R

.La

connai

ssez

-vou

s?

2-

Det

erm

inat

ion

du

rayo

nde

conve

rgen

ce

Crite

rede

d’A

lem

ber

tSi

limn→

+∞

∣ ∣ ∣a n

+1

a n

∣ ∣ ∣=

ℓ6=

0

alor

sle

rayo

nde

conve

rgen

cede

lase

rie∑

a nx

nes

tR

=1 ℓ.

Crite

rede

Cau

chy

Si

limn→

+∞

n√

|an|=

ℓ6=

0

alor

sle

rayo

nde

conve

rgen

cede

lase

rie∑

a nx

nes

tR

=1 ℓ.

Dem

onst

ration

.-c.

f.co

urs

sur

les

series

num

eriq

ues

-

Rem

arques

-Le

criter

ede

d’A

lem

ber

tne

s’ap

pliq

ue

que

sia n

6=0

apar

tir

d’u

nce

rtai

nra

ng.

-Siℓ

=0

alor

sR

=+∞

,si

ℓ=

+∞

alor

sR

=0.

Defi

nitio

nSoi

t∑

a nx

nune

serie

entier

ede

rayo

nde

conve

rgen

ceR

.N

otons

DR

son

dom

aine

de

conve

rgen

ce.La

som

me

de

lase

rie∑

a nx

nes

tune

fonct

ion

de

x,f

:D

→R

(ou

C),

defi

nie

par

f(x

)=

+∞∑ n=

0

a nx

n.

Dan

sce

rtai

nca

son

peu

tca

lcule

rce

tte

som

me

Exe

mple

s

La

som

me

de

lase

rie∑

xn

est

+∞∑ n=

0

xn

=1

1−

xpour

x∈]

−1,

1[.

La

som

me

de∑

xn n

est

+∞∑ n=

1

xn n

=ln

(1+

x)

pour

x∈]

−1,1

[.

La

som

me

de∑

xn

n2

est

+∞∑ n=

1

xn

n2

=?

?pour

x∈]

−1,1

[.

Page 13: 1 - Quelques d´efinitions. - univ-rennes1.fr...1 - Quelques d´efinitions. D´efinition Une suite num´erique est une fonction de N dans R (suite r´eelle) ou C (suite complexe)

5-

Dev

elop

pem

ent

ense

rie

entier

e

Defi

nitio

nSoit

Dun

inte

rval

lede

Rou

un

disque

de

Cco

nte

nan

t0.

Une

fonct

ion

f:D

→R

(res

p.

C)

est

dite

dev

elop

pab

leen

serie

entier

een

0s’il

existe

une

serie

entier

e∑

a nx

nde

rayo

nde

conve

rgen

ceR

>0

telle

que

f(x

)=

+∞∑ n=

0

a nx

npou

rto

ut|x|<

R.

Siel

leex

iste

cett

ese

rie

est

uniq

ue

etco

ınci

de

avec

lase

rie

de

Tay

lorde

fen

0.

Exe

mple

s

La

fonct

ion

(ree

lleou

com

ple

xe)

f(x

)=

ex

est

laso

mm

ede

lase

rie

...

La

fonct

ion

reel

leg(x

)=

e−

1

x2

prol

ongee

par

g(0

)=

0es

tde

clas

seC

∞m

ais

n’e

stpas

dev

elop

pab

leen

serie

entier

e.

Dem

onst

ration

...

.

Exe

mple

s

Cal

culo

ns

laso

mm

ede

lase

rie

entier

e∑

(n+

2)x

n.

Cal

culo

ns∑

n≥

0x

n

n!.

4-

Pro

prie

tes

de

laso

mm

e

Theo

rem

eSoi

t∑

a nx

nune

serie

entier

ede

rayo

nde

conve

rgen

ceR

etf(x

)la

fonct

ion

defi

nie

par

laso

mm

ede

cett

ese

rie.

fes

tco

ntinue

sur

]−

R,R

[et

pour

tout

[a,b

]⊂

]−

R,R

[,

∫b

a

f(x

)dx

=

+∞∑ n=

0

∫b

a

a nx

ndx.

fes

tder

ivab

lesu

r]−

R,R

[et

sader

ivee

est

obte

nue

com

me

laso

mm

e

f′ (

x)

=+∞∑ n=

1

na n

xn−

1pou

rto

ut

x∈]

−R

,R[

fa

pou

rpr

imitiv

eva

lant

0en

0la

som

me

F(x

)=

+∞∑ n=

0

a nx

n+

1

n+

1dx.

b-

Multip

licat

ion

Pro

pos

itio

nLe

produit

de

deu

xse

rie

enti’e

rees

tune

serie

entier

e:

(∑

a nx

n)

×(∑

bnx

n)

=∑

c nx

n

avec

c n=∑

n k=

0a k

bn−

k.

Le

rayo

nde

conve

rgen

ceR

de

cett

ese

rie

entier

eve

rifie

R≥

min

(R1,R

2).

Dem

onst

ration

...

.

Exe

mple

Cal

culo

ns

lase

rie∑

xn×∑

nx

n.

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6-

Ser

ies

de

Lau

rent

Defi

nitio

nU

ne

serie

de

Lau

rent

est

une

serie

de

lafo

rme

∑ n∈

Z

a nx

n=∑ n≥

0

a nx

n+∑ n≤−

1

a nx

n.

C’e

stla

som

me

d’u

ne

serie

entier

eet

d’u

ne

serie

entier

een

x−

1.

Ree

criv

ons

lase

rie

:

∑ n∈

Z

a nx

n=

∑ n≥

0

a nx

n

︸︷︷︸

Conve

rge

si|x|<

R1

+∑ n≥

1

a −n

x−

n

︸︷︷

Conve

rge

si|x

−1|<

R2

.

Pour

que∑

n∈

Za n

xn

conve

rge

ilfa

ut

que∑

n≥

0a n

xn

et∑

n≥

1a −

nx−

n

conve

rgen

t,c’

est-

a-dire

1 R2

<|x|<

R1.

Applic

atio

ns

Quel

est

ledev

elop

pem

ent

de

1√

1−

x2

?

Cal

culo

ns

a10

−3

pres

∫1

0

1−

e−

x

xdx.

Tro

uvo

ns

une

solu

tion

de

l’eq

uat

ion

diff

eren

tiel

le

2xy

′′+

2y′ −

y=

0

telle

que

y(0

)=

1so

us

form

ede

serie

entier

e.

cosh

x=

+∞∑ n=

0

(−1)

nx

2n

(2n)!

R=

+∞

sinh

x=

+∞∑ n=

0

(−1)

nx

2n+

1

(2n

+1)

!R

=+∞

(1+

x)α

=

+∞∑ n=

0

α(α

−1)

...(

α−

n+

1)

n!

xn

R=

1

ln(1

+x)

=

+∞∑ n=

1

(−1)

n+

1

nx

nR

=1

. . .

Dev

elop

pem

ents

ense

rie

entier

ede

fonct

ions

usu

elle

sRay

on

de

Fonct

ion

Ser

ieco

nve

rgen

ce

1

1−

x=

+∞∑ n=

0

xn

R=

1

ex

=

+∞∑ n=

0

xn n!

R=

+∞

cosx

=

+∞∑ n=

0

(−1)n

x2n

(2n)!

R=

+∞

sin

x=

+∞∑ n=

0

(−1)

nx

2n+

1

(2n

+1)

!R

=+∞

Page 15: 1 - Quelques d´efinitions. - univ-rennes1.fr...1 - Quelques d´efinitions. D´efinition Une suite num´erique est une fonction de N dans R (suite r´eelle) ou C (suite complexe)

Mat

hem

atiq

ues

pour

lesignal

ediscr

et–

Ma3

2

Chap

itre

1:Suites

num

eriq

ues

Chap

itre

2:Ser

ies

num

eriq

ues

Chap

itre

3:Ser

ies

entier

es

Chap

itre

4:Tra

nsf

orm

eeen

Z

Mat

hem

atiq

ues

pour

lesignal

ediscr

et–

Ma3

2

Chap

itre

1:Suites

num

eriq

ues

Chap

itre

2:Ser

ies

num

eriq

ues

Chap

itre

3:Ser

ies

entier

es

Chap

itre

4:Tra

nsf

orm

eeen

Z

Dev

elop

pem

ent

ense

rie

de

Lau

rent

Cal

culo

ns

les

dev

eloppem

ents

ense

rie

de

Lau

rent

de

lafo

nct

ion

rationnel

le

f(x

)=

1

1−

x

suiv

ant

que|x|<

1ou|x|>

1.

Cal

culo

ns

ledev

elop

pem

ent

ense

rie

de

Lau

rent

de

lafo

nct

ion

g(x

)=

e2/x−

cos3x.

Exe

mple

s

Cal

culo

ns

ledom

aine

de

conve

rgen

cere

elet

ledom

aine

de

conve

rgen

ceco

mple

xeai

nsi

que

laso

mm

ede

lase

rie

de

Lau

rent

∑ n∈

Z

a nx

n

avec

a n=

{2−

nsi

n≥

0n−

1si

n≤

−1

.

Que

sepas

se-t

-ilav

ecla

serie

de

Lau

rent

∑ n∈

Z

bnx

n

don

nee

par

bn

=

{2n

sin≥

0n−

1si

n≤

−1

?

Page 16: 1 - Quelques d´efinitions. - univ-rennes1.fr...1 - Quelques d´efinitions. D´efinition Une suite num´erique est une fonction de N dans R (suite r´eelle) ou C (suite complexe)

b.Suite

de

Dirac

:

La

suite

est

defi

nie

par δ(

0)=

1δ(

nT

e)

=0

pou

rto

ut

n∈

N>

0.

Sa

tran

sfor

mee

enz

:

Z[δ

(nT

e)]

=+∞∑ n=

0

δ(nT

e)

1 zn

=δ(

0)1 z0

=1

2-

Exe

mple

sfo

ndam

enta

ux.

a.Ech

elon

unite

:

Le

signal

est

U(t

)=

{1

sit≥

00

sit

<0

Son

echan

tillo

nag

ea

laper

iode

Te

est

lasu

ite

de

term

ege

ner

al

U(n

Te)

=1.

Sa

tran

sfor

mee

enz

:

Z[U

(nT

e)]

=

+∞∑ n=

0

U(n

Te)

1 zn

=

+∞∑ n=

0

1 zn

=z

z−

1

pou

rz∈

Cte

lque|z|>

1.

Defi

nitio

nSoi

ent

f:R→

Rune

fonct

ion

nulle

sur

R<

0(s

ignal

causa

l)et

Te∈

R>

0.L’e

chan

tillo

nnag

ede

fde

per

iode

Te

est

lasu

ite

(f(n

Te))

n=

(f(0

),f(T

e),

f(2

Te),

f(3

Te),

...)

La

tran

sfor

mee

enz

d’u

nec

han

tillo

nag

e(f

(nT

e))

nes

tla

som

me

de

lase

rie

:

F(z

)=

+∞∑ n=

0

f(n

Te)

1 zn.

lors

qu’e

lleex

iste

.O

nla

not

eF

(z),

Z[f

(nT

e)]

ou

Z[f

]si

Te

est

explic

ite.

Exe

mple

1-

Defi

nitio

ns

etnot

atio

ns.

Defi

nitio

nLa

tran

sfor

mee

enz

d’u

ne

suite

(an) n

est

laso

mm

ede

lase

rie

:

A(z

)=

+∞∑ n=

0

a n1 zn.

Sile

rayo

nde

conve

rgence

de

lase

rie∑

n≥

0a n

xn

est

R>

0alo

rs

A(z

)est

bie

ndefinie

pour

tout

z∈

Cte

lque∣ ∣1 z

∣ ∣<

Rso

it|z|>

1 R.

Le

fonct

ion

A(z

)es

tau

ssinot

eeZ

[an].

On

appel

le(a

n) n

l’or

igin

alde

A(z

).

Exe

mple

Sia n

=1

pou

rto

ut

nal

ors

lera

yon

de

conve

rgen

cede∑

n≥

01 zn

est

1.

Pou

rz

>1

ona

A(z

)=

+∞∑ n=

0

1 zn

=1

1−

1/z

=z

z−

1.

Page 17: 1 - Quelques d´efinitions. - univ-rennes1.fr...1 - Quelques d´efinitions. D´efinition Une suite num´erique est une fonction de N dans R (suite r´eelle) ou C (suite complexe)

c.Ava

nce

Theo

rem

e(d

el’av

ance

)Soit

(vn) n

une

suite;not

ons

(wn) n

lasu

ite

don

nee

par

wn

=U

(n)v

n+

1.

Alo

rsZ

[wn]=

z(Z

[vn]−

v 0).

Dem

onst

ration

...

.

On

peu

tgen

eral

iser

ceth

eore

me

par

recu

rren

ce:

Z[U

(n)v

n+

p]=

zp

(

Z[v

n]−

p−

1∑ k=

0

v k zk

)

.

b.Ret

ard

Theo

rem

e(d

ure

tard

)Soit

(vn) n

une

suite;not

ons

(wn) n

lasu

ite

don

nee

par

wn

=v n

−p

sin≥

p>

0w

n=

0si

n<

p.

Alo

rs

Z[w

n]=

1 zpZ

[vn].

Dem

onst

ration

...

.

L’e

gal

ite

du

theo

rem

ede

reec

rit

Z[U

(n−

p)v

n−

p]=

z−

pZ

[vn].

3-

Pro

prie

tes.

a.Lin

earite

Theo

rem

eSoi

ent

(un) n

,(v

n) n

deu

xsu

ites

etλ,µ

deu

xnom

bres

.A

lors

Z[λ

un

+µv n

]=

λZ

[un]+

µZ

[vn].

Dem

onst

ration

...

.

Exe

mple

sCal

culo

ns

Z[c

os(ω

n)]

etZ

[sin

(ωn)]

.

c.Suite

expon

entiel

le:

Le

signal

est

f(t

)=

at=

exp(t

lna)

.

Son

echan

tillo

nag

ea

laper

iode

Te

est

lasu

ite

de

term

ege

ner

al

f(n

Te)

=an

Te.

Sa

tran

sfor

mee

enz

:

Z[a

nT

e]

=

+∞∑ n=

0

anT

e1 zn

=

+∞∑ n=

0

(aT

e

z

)n

=1

1−

aT

e

z

=z

z−

aTe

pou

rz∈

Cte

lque∣ ∣ ∣a

Te

z

∣ ∣ ∣<

1i.e.

|z|>

|a|T

e.

En

par

ticu

lier

Z[a

n]=

z

z−

apou

r|z|>

|a|.

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6-

Tra

nsf

orm

eeen

zet

convo

lution

Rap

pel

s

1Sif

etg

sont

deu

xfo

nct

ions

nulle

ssu

rR

<0,on

not

e

(f∗g

)(x)

=

∫x

0

f(τ

)g(x−

τ)d

τle

pro

duit

de

convo

lution

de

fet

g.

2Si(a

n) n

et(b

n) n

sont

deu

xsu

ites

,on

not

e

(a∗b

) n=

n∑ k=

0

a kb

n−

kle

pro

duit

de

convo

lution

de

(an) n

et(b

n) n

.

Com

patibilite

Soit

Te

une

per

iode

d’e

chan

tillo

nnag

e,si

(an) n

est

l’ec

han

tillo

nnag

ede

fet

(bn) n

est

l’ec

han

tillo

nnag

ede

gal

ors

((a∗b

) n) n

est

l’ec

han

tillo

nnag

ede

(f∗g

).

5-

Val

eur

initia

leet

vale

ur

final

e

Theo

rem

e(d

ela

vale

ur

initia

le)

Soit

(an) n

une

suite

etA

(z)

satr

ansf

orm

eeen

z.Sila

limite

existe

ona

:

lim|z|→

+∞

A(z

)=

a 0.

Dem

onst

ration

...

.

Theo

rem

e(d

ela

vale

ur

final

e)Soit

(an) n

une

suite

etA

(z)

satr

ansf

orm

eeen

z.Sile

slim

ites

existe

nt

ona

:lim

|z|→

0+A

(z)

(

1−

1 z

)

=lim

n→

+∞

a n.

Dem

onst

ration

...

.

4-T

ransf

orm

eed’u

nsign

alper

iodiq

ue

Theo

rem

eSoi

ent

Te∈

R>

0et

fun

sign

alm

Te-p

erio

diq

ue.

Not

ons

f 0le

signal

f 0(t

)=

{f(t

)si

t∈

[0,m

Te[

0sinon.

Alo

rsZ

[f(n

Te)]

=z

m

zm−

1Z

[f0(n

Te)]

,

ou

avec

d’a

utr

esnota

tions

:

F(z

)=

zm

zm−

1F

0(z

).

pou

rz∈

Cte

lque|z|>

1.

Dem

onst

ration

...

.

d.M

ultip

licat

ion

par

n.

Pro

pos

itio

nSoi

t(v

n) n

une

suite.

Alo

rsZ

[nv n

]=

−z

d dzZ

[vn].

Dem

onst

ration

...

.

e.M

ultip

licat

ion

par

an,a∈

C.

Pro

pos

itio

nSoi

t(v

n) n

une

suite.

Alo

rsZ

[anv n

](z)

=Z

[vn](

z a

)

.

Dem

onst

ration

...

.

Page 19: 1 - Quelques d´efinitions. - univ-rennes1.fr...1 - Quelques d´efinitions. D´efinition Une suite num´erique est une fonction de N dans R (suite r´eelle) ou C (suite complexe)

Suite

defi

nie

spar

une

recu

rren

cedou

ble

linea

ire.

αa n

+2+

βa n

+1+

γa n

=b

n

α,β

,γet

ant

des

const

ante

set

(bn) n

une

suite

don

nee

set

(an) n

est

lasu

ite

inco

nnue.

En

utilis

ant

lalin

earite

etle

theo

rem

ed’a

vance

,on

obtien

t

Z[a

n]=

Z[b

n]+

αa 0

z2+

(αa 1

+βa 0

)z

αz

2+

βz

Res

tea

trouve

r(a

n) n

...

Exe

mple

Tro

uve

rune

suite

(yn) n

telle

que

{y n

+2−

5y n

+1+

6yn

y 0=

1y 1

=0

.

Com

par

erav

ecl’ex

emple

de

lafin

du

chap

itre

sur

les

suites

Soit

A(z

)une

fonct

ion

d’u

ne

variab

leco

mple

xez.

Exi

ste-

t-il

(an) n

telle

que

A(z

)=

Z[a

n]?

Pre

mie

rem

ethode

:D

evel

opper

A(z

)en

serie

entier

ede

1 zen

utilis

ant

les

table

sde

series

entier

es.

Deu

xiem

em

ethode

:SiA

(z)

est

une

frac

tion

ration

nel

le,on

ladec

ompose

enel

emen

tssim

ple

spuis

onutilis

ele

spr

opriet

esde

laT

Zet

les

table

sde

tran

sfor

mee

susu

elle

s.

Exe

mple

(fin

de

l’ex

emple

pre

ceden

t)

Pre

nons

A(z

)=

z(z−

1)(

2z+

1)

=z(

1/3

z−

1−

2/3

2z+

1

)

=1 3

zz−

1−

1 3z

z+

1/2.

Or

d’a

pres

ceque

nou

sav

ons

dej

avu

:

Z[U

(n)]

=z

z−

1et

Z[(−

1/2)

nU

(n)]

=z

z+

1/2.

voir

l’ex

emple

c.

Nous

avons

don

cz

(z−

1)(

2z+

1)

=Z

[an]av

ec

a n=

1 3

[

1−(−

1 2

)n]

U(n

)

7-

Tra

nsf

orm

eein

vers

e&

Applic

atio

ns

Com

men

tre

trouve

rl’or

igin

ald’u

ne

tran

sfor

mee

enz

?

Exe

mple

On

cher

che

une

suite

(an) n

telle

que

{2a

n+

1+

a n=

U(n

)a 0

=0

.

La

tran

sfor

mee

enz

etan

tlin

eaire

onob

tien

t

2Z[a

n+

1]+

Z[a

n]=

Z[U

(n)]

Le

theo

rem

ede

l’av

ance

don

ne

Z[a

n+

1]=

z(Z

[an]−

a 0),

eton

adonc

2zZ

[an]+

Z[a

n]=

z

z−

1c’

est-

a-dire

Z[a

n]=

z

(z−

1)(

2z+

1).

Com

men

tob

tenir

a n?

Theo

rem

eSoi

ent

(an) n

et(b

n) n

deu

xsu

ites

.O

na

Z[(

a∗b

) n]=

Z[a

n]·Z

[bn].

Soie

nt

fet

gdeu

xsignaux

casa

ux

etF

(z)

etG

(z)

leurs

transf

orm

ees

enz

de

per

iode

d’e

chantillonnage

Te.O

na

Z[f

∗g]=

F(z

)·G

(z)

Dem

onst

ration

. Z[(

a∗b

) n]

=

+∞∑ n=

0

(a∗b

) n1 zn

=

+∞∑ n=

0

(n∑ k=

0

a kb

n−

k

)

1 zn

En

rem

pla

cant

n−

kpar

m:

=

+∞∑ m

=0

+∞∑ k=

0

a kb

m

1

zk+

m

=

(+∞∑ k=

0

a k1 zk

)(

+∞∑ m

=0

bm

1 zm

)