Dérivées partielles et difféomorphisme
Bonjour à tous,
J'essaye de faire cet exercice de calcul différentiel (Licence L2).
Voici l'énoncé :
On considère l'application $ f : \mathbb{R}^2 \longrightarrow \mathbb{R}^2 $ définie par $ f(x,y)=(x+x^2+y^3,x+2y+xy) $.
1) Prouver que $f$ induit un $C^{\infty}$-difféomorphisme : $U \longrightarrow V$ entre deux voisinages ouverts de $(0,0)$ dans $\mathbb{R}^{2}$. On note $g=(u,v)$ la réciproque.
Note : j'imagine que cela veut dire $g(x,y)=(u(x;y);v(x;y))$.
2) Calculer la matrice jacobienne $J_g(0,0)$ ainsi que $\frac{\partial u}{\partial x}(0,0)$.
3) Calculer $\frac{\partial^2 u}{\partial x^2}(0,0)$.
Je bloque sur la question 3).
Pour le moment j'ai essayé de poser $y=0$ et de dériver 2 fois $u(x+x^2;x)=x$ mais je me retrouve aussi avec un $\frac{\partial^2 u}{\partial x \partial y}(0,0)$ que je ne connais pas non plus.
Merci pour votre aide.
Halback
J'essaye de faire cet exercice de calcul différentiel (Licence L2).
Voici l'énoncé :
On considère l'application $ f : \mathbb{R}^2 \longrightarrow \mathbb{R}^2 $ définie par $ f(x,y)=(x+x^2+y^3,x+2y+xy) $.
1) Prouver que $f$ induit un $C^{\infty}$-difféomorphisme : $U \longrightarrow V$ entre deux voisinages ouverts de $(0,0)$ dans $\mathbb{R}^{2}$. On note $g=(u,v)$ la réciproque.
Note : j'imagine que cela veut dire $g(x,y)=(u(x;y);v(x;y))$.
2) Calculer la matrice jacobienne $J_g(0,0)$ ainsi que $\frac{\partial u}{\partial x}(0,0)$.
3) Calculer $\frac{\partial^2 u}{\partial x^2}(0,0)$.
Je bloque sur la question 3).
Pour le moment j'ai essayé de poser $y=0$ et de dériver 2 fois $u(x+x^2;x)=x$ mais je me retrouve aussi avec un $\frac{\partial^2 u}{\partial x \partial y}(0,0)$ que je ne connais pas non plus.
Merci pour votre aide.
Halback
Réponses
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Bonjour !
Dans ce genre de calculs il est préférable de bien distinguer les variables et les fonctions et ne pas "simplifier" en $\partial_x$ une dérivée partielle.
Dans ton cas $f$ est un couple de deux fonctions à valeurs réelles : par exemple $f=(a,b),\;a(x,y)=...,\;b(x,y)=...$
De même $g=(u,v)$ en évitant d'utiliser les lettres $x,y$ pour désigner les variables pour écrire $u,v$.
Tu dois avoir $f_{\circ}g=\mathrm{Id}_V$ soit : $(s,t)=f(g(s,t))=(f(u(s,t),v(s,t)))=(a...,b...)$ soit
$s=a(u(s,t),v(s,t))$ et $t=b(u(s,t),v(s,t))$
En notant $\partial_1$ etc les dérivées partielles tu as donc, en dérivant par rapport à $s$ :
$1=\partial_1a(u,v)\partial_1 u(s,t)+\partial_2a(u,v)\partial_1v(s,t)$ ou encore $1=(1+2u(s,t))\partial_1u(s,t)+3v^2(s,t)\partial_1v(s,t)$
Puis en dérivant par rapport à $t$ :
$0=2\partial_2u(s,t)\partial_1u(s,t)+(1+2u(s,t))\partial_{2,1}u(s,t)+6v(s,t)\partial_2v(s,t)\partial_1v(s,t)+3v^2(s,t)\partial_{2,1}v(s,t)$
Tu as une deuxième relation analogue en dérivant $t=b(...)$ et tu devrais pouvoir évaluer les dérivées demandées par élimination de celles qui ne te servent pas. -
Bonjour,
merci beaucoup pour votre réponse et votre conseil.
Finalement en dérivant 2 fois suivant $s$ j'obtiens :
$0=2(\partial_1u(s,t))^2+(1+2u(s,t))\partial^2_{1}u(s,t)+6v(s,t)(\partial_1v(s,t))^2+3v^2(s,t)\partial^2_{1}v(s,t)$
ce qui me donne $\partial^2_{1}u(0,0)=-2$.
En espérant que cela soit correct.
Bonne journée. -
Difficile de comprendre ton $\partial_1^2$ : est-ce un carré ? une dérivée seconde ?
La dérivée partielle à chercher est "deux fois par rapport à la première variable" soit $\partial_{1,1}$ selon mes notations et effectivement elle devrait apparaître en dérivant deux fois par rapport à $s$.
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Bonjour!
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