Interpolation de Lagrange

Bonsoir à tous

Soit $ f \ : \ \mathbb{R} \to \mathbb{R} $ une fonction analytique réelle, et développable en série de Fourier, de période $ 2 \pi $, par exemple.
$ f $ se met alors, simultanément, sous les deux formes suivantes.
$$ \forall x \in \mathbb{R} ,\qquad
f(x) = \sum_{ n \geq 0 } \hat{f} (n) \ x^n = \sum_{ n \in \mathbb{Z} } c (f) (n) \ (e^{ \ ix })^n ,\quad\text{ où} \\
\forall n \geq 0 ,\qquad \begin{cases} & \hat{f} (n) = \dfrac{f^{(n)}(0)}{n !}. \\ &c (f) (n) = \dfrac{1}{2 \pi } \int_{0}^{ 2 \pi } f(t) e^{ - i n t } dt \\ &\cdots \\ &a (n) = \mathfrak{Re} ( c (n) ). \end{cases} \hspace{2cm}

$$ En suivant la méthode d’interpolation de Lagrange, expliquée par @reg ici, http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?3,894747 , existe-t-il des objets $ (L_i )_{ n \geq 0 } $ qui sont du même acabit que les polynômes de Lagrange $ ( L_i )_{ i = 1 , \dots , n } $ se trouvant sur ce lien, tels que, pour tout $ n \geq 0 $, $$ L_i (a (n) ) = \hat{f} (n) $$ et comment s'exprime-t-elle $ \Phi $ écrite par @reg sur le lien ci-dessus ?

Merci d'avance.

Réponses

  • Attention à ne pas écrire n'importe quoi : une fonction analytique sur un domaine ouvert est développable en série entière au voisinage de tous les points de l'ouvert mais le rayon de convergence n'a aucune raison d'être infini.

    Attention également à ne pas porter une fascination stérile aux équations et aux formules compliquées.
  • kazeriahm a écrit:
    Attention à ne pas écrire n'importe quoi : une fonction analytique sur un domaine ouvert est développable en série entière au voisinage de tous les points de l'ouvert mais le rayon de convergence n'a aucune raison d'être infini.

    D'accord. Merci pour ta réponse.
    Traduit mathématiquement, ça donne,
    Une fonction analytique localement développable en série entière n'est pas forcément globalement développable en série entière. En as-tu un exemple @kazeriahm ?
  • kazeriahm a écrit:
    Attention également à ne pas porter une fascination stérile aux équations et aux formules compliquées.

    C'est malheureusement trop tard pour notre patient...
  • Pablo a écrit:
    Une fonction analytique localement développable en série entière n'est pas forcément globalement développable en série entière. En as-tu un exemple ?

    $$x \mapsto \frac{1}{x^2+1}$$
  • Si vous remarquez ce que j'ai écrit, j'ai noté, $ \displaystyle \hat{f} (n) = \dfrac{f^{(n)} (0) }{n!} $, ce qui suppose que, $ f $ est à priori uniquement localement développable en série entière au voisinage de $ 0 $ ( ou de $ 2 \pi \mathbb{Z} $ précisément par périodicité ). N'est ce pas ?

    Edit,
    Merci Poirot.
  • Je reprends : J'ai comme hypothèse, $ f $ est globalement développable en série entière ( Regardez les hypothèses du premier message du fil ). N'est ce pas ? Donc, forcément, $ f $ est développable au voisinage de $ 0 $. Donc, $ \displaystyle \hat{f} (n) = \dfrac{f^{(n)} (0) }{n!} $ existe pour tout $ n \in \mathbb{N} $.
  • Oui, mais tu affirmes que le rayon de convergence est infini, ce qui n'est pas vrai en général comme te le dit kazeriahm.
  • @Poirot,
    Parce que, c'est une hypothèse, j'ai droit de supposer $ f $ de rayon de convergence infini.
    On ne cherche pas la véracité dans les hypothèses, mais dans les conclusions. Non ? 8-)
  • Ben non, ton hypothèse c'est $f$ analytique, et tu écris "$f$ se met alors sous la forme...". Bref, tu écris des âneries, comme d'habitude.
  • Je ne comprends pas du tout @Poirot. :-D
    $ f $ est analytique sur $ \mathbb{R} $, donc, analytique au voisinage de $ 0 $, donc, se met sous la forme, $
    f(x) = \sum_{ n \geq 0 } \hat{f} (n) \ x^n $, pour tout $ x \in \mathbb{R} $ de rayon de convergence $ R = + \infty $.
  • Oui, c'est vrai, $ R = + \infty $ n'a pas toujours lieu. :-)
  • Alors, pouvez maintenant répondre à la question de départ, après avoir corrigé l'énoncé ?
    Merci d’avance.
  • Ta question n'a aucun sens. Pourquoi y a-t-il un indice $i$ qui ne sert à rien ? Et tu peux simplement poser l'application $L$ qui à $a(n)$ associe $\hat f(n)$ et quelconque ailleurs. Tu ne sais même pas ce que tu cherches. Je vais répéter la phrase de kazeriahm : Attention également à ne pas porter une fascination stérile aux équations et aux formules compliquées.
  • Pourquoi $ L_i $, et non $ L $ ? ... parce qu'il n y a pas qu'un seul polynôme de Lagrange, mais plusieurs. Regarde ce qu'a écrit @reg dans le fil indiqué plus haut.
  • Je sais ce que sont des polynômes interpolateurs de Lagrange, merci. Ta question n'a rien à voir avec ça.
  • L'égalité:


    $\forall x \in \mathbb{R} ,\qquad

    f(x) = \sum_{ n \geq 0 } \hat{f} (n) \ x^n = \sum_{ n \in \mathbb{Z} } c (f) (n) \ (e^{ \ ix })^n $

    est consternante.
  • J'ai corrigé FdP.
    $$\forall x \in \mathcal{V} (0) ,\qquad f(x) = \sum_{ n \geq 0 } \hat{f} (n) \ x^n = \sum_{ n \in \mathbb{Z} } c (f) (n) \ (e^{ \ ix })^n $$
  • Pablo: cela reste consternant.
  • Prends la fonction $f(x)=\cos x$
  • $$ f(x) = \cos (x) = \displaystyle \sum_{ n \geq 0 } \frac{1}{(2n)!} x^{2n} = \dfrac{1}{2} ( e^{ ix } )^{ -1} + \dfrac{1}{2} ( e^{ix} )^1
    \qquad ??? $$
  • Où est le problème FdP ?
  • Calcule !
  • Qu'est ce que je calcule @Héhéhé ?
  • Tu as une formule, avec des termes qui dépendent de $f$, calcule les avec $f = \cos$ tu verras bien que c'est complètement faux.
  • Oui, ils dépendent de $ f $, parce que ce sont des coefficients de Fourier. J'ai noté ensuite, $ c (f) (n) = \dfrac{1}{2 \pi } \int_{0}^{ 2 \pi } f(t) e^{ - i n t } dt $. Regarde mon premier message. Ces termes désignent les transformées de Fourier de $ f $ dans l'intervalle $ [0, 2 \pi ] $, donc dépendent de $ f $. Je ne pense pas que ce soit ça ce que voulait signaler @FdP.
  • Pablo travaille dans un espace de Hardy sans s'en rendre compte, c'est beau. B-)-
  • Pablo a écrit:
    Edité 12 fois

    Pablo est en train de battre le record du message le plus édité du forum. B-)-
  • Pablo:

    On te demande sur une fonction assez "simple" cosinus, d'appliquer les formules que tu as corrigées 12 fois dans ton premier message.

    NB: la notation $\hat{f} (n)$ désigne souvent un coefficient de Fourier. Il n'y a pas de notation spécifique standard à ma connaissance pour $\dfrac{f^{(n)}(0)}{n!}$.
  • Bonjour.

    Si je peux me permettre, comment est représenté un cosinus par une somme de cosinus (et de sinus) ?

    De la même façon, comment est représenté 1 par une somme de termes pouvant valoir 1 ?

    Désolé pour la considération peut-être trop terre à terre.

    À bientôt.

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  • Cela dit. Je n'ai toujours pas compris où réside le rapport fait ici entre un développement en série entière (en série de Fourier) et l'interpolation de Lagrange.

    C'est du Pablo tout craché. Il rapproche deux idées parce qu'il trouve ça cool et il demande aux autres de formaliser le rapprochement pour lui (souvent il n'y a aucun rapprochement mais pas grave, ce sont les autres qui se sont fatigués et pas lui à mettre ses idées en ordre).
    Pablo c'est en quelque sorte, le patron du forum. Il fait bosser les autres pour lui, même si ce qu'il demande souvent ne peut pas être fait raisonnablement. B-)-
  • $ c( \cos ) (1) = \dfrac{1}{2 \pi} \displaystyle \int_{0}^{2 \pi } \cos (t) e^{ - it } dt = \dfrac{1}{2 \pi} \Big( \displaystyle \int_{0}^{2 \pi } \cos (t) \cos (t) dt - i \displaystyle \int_{0}^{2 \pi } \cos (t) \sin (t) dt \Big) $
    $ = \dfrac{1}{2 \pi} \Big( \displaystyle \int_{0}^{2 \pi } \cos^2 (t) dt - i \dfrac{1}{2} \displaystyle \int_{0}^{2 \pi } \sin (2t) dt \Big) $
    $ = \dfrac{1}{2 \pi} \Big( \dfrac{1}{2} \displaystyle \int_{0}^{2 \pi } ( \cos (2t) + 1 ) dt - i \dfrac{1}{2} \displaystyle \int_{0}^{2 \pi } \sin (2t) dt \Big) $
    $ = \dfrac{1}{2 \pi} \Big( \dfrac{1}{2} \displaystyle [ \dfrac{1}{2} \sin ( 2t ) + t ]_{0}^{2 \pi } - i \dfrac{1}{2} \displaystyle [ - \dfrac{1}{2} \cos ( 2t ) ]_{0}^{2 \pi } \Big) = \dfrac{1}{2} $

    $ c( \cos ) (-1) = \dfrac{1}{2 \pi} \displaystyle \int_{0}^{2 \pi } \cos (t) e^{ - it } dt = \dfrac{1}{2 \pi} \Big( \displaystyle \int_{0}^{2 \pi } \cos (t) \cos (t) dt + i \displaystyle \int_{0}^{2 \pi } \cos (t) \sin (t) dt \Big) $
    $ = \dfrac{1}{2 \pi} \Big( \displaystyle \int_{0}^{2 \pi } \cos^2 (t) dt + i \dfrac{1}{2} \displaystyle \int_{0}^{2 \pi } \sin (2t) dt \Big) $
    $ = \dfrac{1}{2 \pi} \Big( \dfrac{1}{2} \displaystyle \int_{0}^{2 \pi } ( \cos (2t) + 1 ) dt + i \dfrac{1}{2} \displaystyle \int_{0}^{2 \pi } \sin (2t) dt \Big) $
    $ = \dfrac{1}{2 \pi} \Big( \dfrac{1}{2} \displaystyle [ \dfrac{1}{2} \sin ( 2t ) + t ]_{0}^{2 \pi } + i \dfrac{1}{2} \displaystyle [ - \dfrac{1}{2} \cos ( 2t ) ]_{0}^{2 \pi } \Big) = \dfrac{1}{2}$

    Est ce que ce calcul est correct ? FdP ? Héhéhé ?

    Qu'est ce qu'un espace de Hardy Poirot ?

    Edit, Voir ici : https://fr.wikipedia.org/wiki/Espace_de_Hardy
  • FdP,
    Donc, $$ f(x) = \cos (x) = \displaystyle \sum_{ n \geq 0 } \frac{1}{(2n)!} x^{2n} = \dfrac{1}{2} ( e^{ ix } )^{ -1} + \dfrac{1}{2} ( e^{ix} )^1 $$ Pourquoi tu dis que c’est non ? Pourquoi tu m'induis en erreur volontairement ? B-)-
  • Je reformule ma question du début du fil : ( Je l'ai mal exprimée au début )

    Soit $ \mathcal{C}^0 ( [0,2 \pi ] ) $ l'espace des fonctions continues, $ 2 \pi $ - périodiques, qui est si je ne m'abuse, aussi l'espace développable en séries de Fourier.
    Soit $ \mathcal{H}^2 ( \mathbb{D} ) $ l'espace de Hardy qui figure ici, https://fr.wikipedia.org/wiki/Espace_de_Hardy .
    Est ce que, $ \mathcal{C}^0 ( [0,2 \pi ] ) $ et $ \mathcal{H}^2 ( \mathbb{D} ) $ sont isomorphes ?

    Merci d'avance.
  • Tu t'abuses.

    Isomorphes en tant que quoi ?
  • On considère l'application $$ \begin{array}{cccl}
    \Phi : & \mathcal{C}^0 ( ] - \pi , \pi [ )_{ ] - \pi , \pi [ , 0 } &\longrightarrow& \ell^2 ( \mathbb{Z} ) \\
    & f& \longmapsto &( f(a_n) )_{ n \in \mathbb{Z} }
    \end{array}
    $$ $ \mathcal{C}^0 ( ] 0 , 2 \pi [ )_{ ] - \pi , \pi [ , 0 } = \mathbb{R} \{ x , x^{-1} \} $ est la tige en $ 0 $, du faisceau $ \mathcal{C}^0 $.
    La matrice de $\Phi$ dans la base $(x^{m})_{ m \in \mathbb{Z} } $ est la matrice $ A $ qui s'écrit $( \Phi(x^m))_{ m \in \mathbb{Z} } $. C'est la matrice de Vandermonde: $ A= ( a_{n}^{m} )_{ m,n \in \mathbb{Z} } $ de taille dénombrable.

    On notera que les polynômes trigonométriques $ ( e_{n} )_{ n \in \mathbb{Z} } $ forment une base de $ \mathcal{C}^0 ( ] 0 , 2 \pi [ )_{ ] - \pi , \pi [ , 0 } = \mathbb{R} \{ x , x^{-1} \}.$ où, pour tout $ n \in \mathbb{Z} $, $ e_n (x) = e^{ i n x } $.
    Il est difficile à priori d'inverser la matrice de Vandermonde de taille dénombrable, mais en exprimant $A$ dans la base des polynômes trigonométriques, c'est la matrice identité $ \displaystyle \lim_{ |n|, |m| \to + \infty } I_{n,m}$.
    Pour rappel, $e_i(a_j)= ( e^{ i a_{j} } )^{ i } $. Donc,
    ...;
    $\Phi(e_{-n} )=( x \mapsto x^{-n} ) $;
    ...;
    $\Phi(e_{-2} )=( x \mapsto x^{-2} ) $;
    $\Phi(e_{-1} )=( x \mapsto x^{-1} ) $;
    $\Phi(e_{0} )=( x \mapsto1 ) $;
    $\Phi(e_1)=( x \mapsto x ) $;
    $\Phi(e_2)=( x \mapsto x^2 ) $;
    ...;
    $\Phi(e_n)= ( x \mapsto x^n ) $.
    ...,

    Donc, les objets qui jouent le rôle des polynômes de Lagrange sont les polynômes trigonométriques $ (e_n)_{ n \in \mathbb{Z} } $. :-)

    Source : http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?3,894747,1738800#msg-1738800
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