Polynômes de Taylor d'ordre $2n$

Bonjour

Soit $f : \mathbb{R}\setminus\{(x, y) \mid xy = 1\} \to \mathbb{R}$ tel que $f(x, y) = \frac{1}{1 - xy}$. On aimerait déterminer le polynôme de Taylor d'ordre $2n$ en $(0, 0)$.

Dans mon corrigé, il est argumenté, de manière très complète : $f(x, y) = \frac{1}{1 - xy} = \sum_{n \in \mathbb{N}} (xy)^n$ donc $T_{2n} f((x, y), (0, 0)) = 1 + \sum_{k = 1}^{n} (xy)^n$.

Et j'ai deux problèmes avec cela.
1) $\frac{1}{1 - q} = \sum_{k = 0}^{\infty} q^k$ n'est-il pas valable uniquement pour $0 < q < 1$ ?
2) Le calcul du polynôme en lui-même à partir de $\sum_{n \in \mathbb{N}} (xy)^n$. Est-ce que quelqu'un aurait un lien où je pourrais voir le calcul en détail ? Je n'ai pas réussi à trouver et le step-by-step de WolframAlpha n'est pas disponible dans ce cas ci.

Merci bien.
Bonne journée.

Réponses

  • Bonjour.

    1) Au voisinage de $(0,0)$, n'a-t-on pas $|xy|<1$ ?
    2) Comme toujours, à partir d'un développement en série, on obtient un développement limité en tronquant à l'ordre voulu. A moins que je n'aie pas compris ta question ...

    Cordialement.
  • 1) Je me suis bien dit que cela avait à voir, mais on aurait pu vouloir voir à quel point c'était imprécis pour d'autres valeurs de $(x, y)$, mais passons, merci je comprends.

    2) On nous a donné la formule suivante : $T_{2n} f((x, y); (0, 0)) = \sum_{j = 0}^{2n} \frac{1}{j!(2n - j)!}\frac{\partial^{2n} f}{\partial^j x \partial^{2n - j} y} (0, 0) x^j y^{2n - j} $ mais j'avoue que $f$ étant elle même définie par une somme infinie, j'ai un peu de la peine à l'utiliser... Il doit y avoir plus simple non ?

    Update : En fait, je n'avais pas compris, l'égalité ci-dessus est incorrecte, il s'agit uniquement du "membre de degré $2n$" mais il y en a un comme ça pour les termes de chaque degré. Autrement dit : $T_{2n} f((x, y); (0, 0)) \neq \sum_{j = 0}^{2n} \frac{1}{j!(2n - j)!}\frac{\partial^{2n} f}{\partial^j x \partial^{2n - j} y} (0, 0) x^j y^{2n - j} $ mais $T_{2n} f((x, y); (0, 0)) = \sum_{k = 0}^{2n} \sum_{j = 0}^{k} \frac{1}{j!(k - j)!}\frac{\partial^{k} f}{\partial^j x \partial^{k - j} y} (0, 0) x^j y^{k - j} $.

    Désolé, si certains ont écrit une réponse pour rien.
  • Affectivement,

    pour le 2, comme les termes successifs de la série sont de degré total strictement croissant, les termes suivants sont tous dans la partie négligée.

    NB : Ces deux exercices sont bien sûr des cas particuliers, très simples à traiter.

    Cordialement.
  • Donc :

    $k = 0$, $j = 0$ : on a $f(0, 0) = (0 \cdot 0)^0 = 1$

    $k = 1$, $j = 0$ on a $y \cdot \sum_{n \in \mathbb{N}} n \cdot 0 \cdot (0 \cdot 0)^{n - 1}$ mais pour $n = 0$ cela risque d'être problématique non ?
  • Je ne comprends rien à ce que tu écris. Tu parles de quoi ?? D'un autre exercice ?
    Ou bien tu es en train de plaquer n'importe comment une formule de ton cours alors qu'il n'y en a pas besoin ?

    Peux-tu déjà écrire le DL d'ordre 2 de $x^2y^2$ ? Qu'on voit si tu sais de quoi tu parles.

    Remarque : Pour n=0, on cherche le DL d'ordre 0 de f, donc pas de k=1. Sois raisonnable !
  • En effet, je suis censé apprendre à appliquer les formules et non les comprendre à 100%...

    Ce que j'ai fait.
    On a $T_{2n}f((x, y);(0,0)) = \sum_{k = 0}^{2n}( \sum_{j = 0}^k \frac{1}{j!(k - j)!} \cdot \frac{\partial^k f}{\partial x^j \partial y^{k - j}}(0, 0) x^j y^{k - j})$, qui est ce que je cherche n'est-ce pas ?
    Du coup, en tant que débutant que je suis, j'ai naïvement essayé de voir ce que donnaient les premiers termes de l'expression ci-dessus. Donc pour $k = 0$ et pour $k = 1$.

    J'arrive dans un premier tant temps à $\sum_{k = 0}^{2n}( \sum_{j = 0}^k \frac{1}{j!(k - j)!} \cdot \frac{\partial^k f}{\partial x^j \partial y^{k - j}} (0, 0) x^j y^{k -j}) = 1 + \sum_{k = 1}^{2n}( \sum_{j = 0}^k \frac{1}{j!(k - j)!} \cdot \frac{\partial^k f}{\partial x^j \partial y^{k - j}} (0, 0) x^j y^{k - j}) .$

    Puis : $1 + \sum_{k = 1}^{2n}( \sum_{j = 0}^k \frac{1}{j!(k - j)!} \cdot \frac{\partial^k f}{\partial x^j \partial y^{k - j}}(0, 0) x^j y^{k - j}) \\ = 1 + \sum^1_{j = 0} \frac{1}{j!(1 - j)!} \cdot \frac{\partial f}{\partial x^j \partial y^{1 - j}}(0, 0) x^j y^{1 - j} + \sum_{k = 2}^{2n}( \sum_{j = 0}^k \frac{1}{j!(k - j)!} \cdot \frac{\partial^k f}{\partial x^j \partial y^{k - j}}(0, 0) x^j y^{k - j}) \\ = 1 + \frac{1}{0!(1 - 0)!} \cdot \frac{\partial f}{\partial x^0 \partial y^{1 - 0}}(0, 0) x^0 y^{1 - 0} + \frac{1}{1!(1 - 1)!} \cdot \frac{\partial f}{\partial x^1 \partial y^{1 - 1}}(0, 0) x^1 y^{1 - 1} + \sum_{k = 2}^{2n}( \sum_{j = 0}^k \frac{1}{j!(k - j)!} \cdot \frac{\partial^k f}{\partial x^j \partial y^{k - j}}(0, 0) x^j y^{k - j}) \\ = 1 + \frac{\partial f}{\partial y}(0, 0) y + \frac{\partial f}{\partial x} (0, 0) x + \sum_{k = 2}^{2n}( \sum_{j = 0}^k \frac{1}{j!(k - j)!} \cdot \frac{\partial^k f}{\partial x^j \partial y^{k - j}}(0, 0) x^j y^{k - j})$

    Je pourrais difficilement être plus précis. C'était uniquement pour me rendre compte de ce qui se passait.
    Mais du coup c'est pour $\frac{\partial f}{\partial y}(0, 0) \cdot y$ et $\frac{\partial f}{\partial x} (0, 0) \cdot x$ que je voyais une division par 0.

    Étant donné que $\partial_y f(x, y) = \sum_{n \in \mathbb{N}} nx(xy)^{n-1}$ et $\partial_x f(x, y) = \sum_{n \in \mathbb{N}} ny(xy)^{n-1}$ je me demandas ce qui se passait pour le premier terme de ces deux sommes en $(0, 0)$.
  • Adaq a écrit:
    En effet, je suis censé apprendre à appliquer les formules et non les comprendre à 100%...

    Si tu considères que tu dois appliquer bêtement sans comprendre, je te laisse, je ne m'intéresse qu'à aider les questionneurs à comprendre.
  • gerard0 Ne soit pas très sévère, moi j'ai appliqué dans mon cursus des formules sans les comprendre à 100 pour 100. Je dis bien à 100 pour 100
    Le 😄 Farceur


  • Oui, mais là il y a vraiment incompréhension de ce qu'est un DL à l'ordre n (probablement déjà avec une seule variable) et refus de l'apprendre ...

    Moi aussi, j'ai appliqué des formules sans tout comprendre, mais jamais par principe. Seulement faute de mieux ...

    Mais comme c'est toi qui vas l'aider, j'ai bien fait de laisser tomber ;-)

    Cordialement.
  • Aie !
    Le 😄 Farceur


  • Bonsoir.

    (0) Motivation: on a \[{\dfrac{1-xz}{1-2\,xz+z^{2}}} =
    1+xz+\left(2\,x^{2}-1\right)z^{2}+\left(4\,x^{3}-3\,x\right)z^{3}+\left(8\,x^{4}-8\,x^{2}+1\right)z^{4}+\left(16\,x^{5}-20\,x^{3}+5\,x\right)z^{5}+O\left(z^{6}\right)
    \]

    (1) Question: calculer
    \[ \int_{-1}^{1}\!{\dfrac{\left(1-xz\right)\left(1-xy\right)}{\left(1-2\,xz+z^{2}\right)\left(1-2\,xy+y^{2}\right)\sqrt{1-x^{2}}}}\,{\rm d}x

    \] On obtient une expression simple.

    (2) Qu'est-ce que cela prouve ?

    Cordialement, Pierre.
  • Il [est] possible d'utiliser la formule \[
    \Big(\frac{1-t^2}{1+t^2} \Big)^2 + \Big(\frac{2t}{1+t^2} \Big)^2 =1

    \] sans en comprendre tous les détails.
  • (2) L'orthogonalité des polynômes de Tchebychev ?
  • @Math Coss: cela, et plus encore !

    Cordialement, Pierre.
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