égalité avec argth(x)

Pouvez vous m'aider à montrer ce résultat
\begin{align*}
\hbox{argth}\big(\sin(v)\big)&=\frac{1}{2}\log\Big(\frac{1+\sin(v)}{1-\sin(v)}\Big)\\
&=2\sum\limits_{n\ge 0}\frac{(-1)^n\sin\big((2n+1)v\big)}{2n+1}
\end{align*}
Merci.

Réponses

  • Pour la première égalité c'est classique, on part de l'expression de $\tanh(x)$ et on cherche à en extirper $x$, on trouve $\text{argth}(x) = \frac{1}{2} \log \left( \frac{1+x}{1-x} \right)$. (pour $-1 < x <1$)
  • oui mais ce qui me pose problème c'est la deuxième égalité
  • Calcule la serie de Fourier de $v\mapsto \mathrm{argth} \sin v.$
  • Voilà ce que je peux montrer, peut-on utiliser ça pour montrer le résultat ?
    On a $$-\log\big(\sin(x)\big) = \sum_{k=1}^{\infty} \dfrac{\cos(2kx)}k + \log 2.
    $$ Preuve : On a $$\cos(2kx) = \dfrac{e^{i2kx} + e^{-i2kx}}2.$$ D’où, $$
    \begin{aligned}
    \sum_{k=1}^{\infty} \dfrac{\cos(2kx)}k
    &= \sum_{k=1}^{\infty} \dfrac{e^{i2kx} + e^{-i2kx}}{2k}
    \\&= \dfrac12 \big(-\log (1-e^{i2x} )-\log (1-e^{-i2x} ) \big)
    \\&= - \dfrac12 \log \big(2 - 2\cos(2x) \big)
    \\&= - \dfrac12 \log\big(4 \sin^2(x)\big)
    \\&= - \log 2 - \log\big(\sin(x)\big).
    \end{aligned}
    $$ Par suite, $$-\log\big(\sin(x)\big) = \sum_{k=1}^{\infty} \dfrac{\cos(2kx)}k + \log 2.$$
  • Hum, pas tres rigoureux ces log de complexes. Essaie de calculer pour $0<r<1$ la somme de la serie $\sum_{n=0}^{\infty}(-1)^n\frac{r^{2n+1}}{2n+1}\sin (2n+1)v$ qui est la partie imaginaire de $\sum_{n=0}^{\infty}(-1)^n\frac{z^{2n+1}}{2n+1}$ pour $z=re^{iv}.$ Et tu fais tendre $r$ vers 1 dans le resultat.
  • dans la formule on a $(-1)^n $ que je ne vois pas dans ce que vous avez écrit
  • \( \ln \left( \dfrac{1+u}{1-u} \right) \) c'est la différence de deux logarithmes. Chacun se calcule par une série entière. Non ?

    e.v.
    Personne n'a raison contre un enfant qui pleure.


  • @ev oui mais avec ça pouvez vous montrer le résultat?
  • J'ai corrige.
  • @P. Voila ce que j'ai écrit.

    Pour tout nombre complexe $z$ tel que $|z|<1$, on a
    \begin{array}{rrl}
    \log(1+z)&=&z-z^2+z^3/3-\dots\\
    -\log(1-z)&=&-z-z^2-z^3/3-\dots\\
    \hline
    & =&2(z+z^3/3+z^5/5+\cdots)
    \end{array}
    alors $\quad\displaystyle \sum_{n=0}^{\infty}\frac{z^{2n+1}}{2n+1}=\frac{1}{2}\frac{\log(1+z)}{\log(1-z)}=\operatorname{argth}(z)$

    En remplaçant $z$ par $iz'$ avec $|z'|<1$, on obtient
    $\displaystyle i\sum_{n=0}^{\infty}\frac{(-1)^nz'^{2n+1}}{2n+1}=\frac{1}{2}\frac{\log(1+iz')}{\log(1-iz')}=\operatorname{argth}(iz)$

    Juste ?
  • En appliquant ce que j'ai trouvé comme égalité avec $z'=re^{iv}$ with et $0<r<1$ on obtient
    $$i\sum_{n=0}^{\infty}\frac{(-1)^nr^{2n+1}\Big(\cos\big((2n+1)v\big)+i\sin\big((2n+1)v\big)\Big)}{2n+1}=\frac{1}{2}\frac{\log\big(1+(ire^{iv})\big)}{\log\big(1-(ire^{iv})\big)}=\operatorname{argth}(ire^{iv})=\operatorname{argth}\big(ir\cos(v)-r\sin(v)\big)$$
    Ce que j'ai écrit est-il juste et comment peut-on conclure ?
  • Bonjour,

    merci de me dire si l'énoncé au départ est juste ou non?
  • Je signale qu'on a des développements en série entière de $\ln(1+x)$ et de $\ln(1-x)$ qui sont valables pour $-1<x<1$.

    PS:
    Ev avait déjà suggéré la même approche.
  • @Fin de partie , je sais que $$\operatorname{argth}\sin\theta=\sum_{n=0}^\infty\frac{(\sin\theta)^{2n+1}}{2n+1}$$

    mais je n'arrive pas à trouver le $(-1)^n$ et le $\sin((2n+1)v)$
  • Tu sais? Tu veux le démontrer?

    Pour $-\frac{\pi}{2}< x<\frac{\pi}{2}$, $-1<\sin x<1$ et on peut développer en série entière $\ln(1+\sin x)$ et $\ln(1-\sin x)$ en $x\in ]-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}[$.

    Formellement on a, $\ln\left(\frac{u}{v}\right)=\ln u-\ln v$
  • non je veux montrer le résultat que j'ai écrit au départ
  • Eh! Il ne faut pas confondre le quotient des log et le log du quotient.
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