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Justification convergence

Bonjour
Je suis en train de travailler sur le triple produit de Jacobi et m'intéresse aux questions de convergence qui sont souvent totalement négligées dans la littérature.
J'utilise ce document : https://cpb-us-w2.wpmucdn.com/blog.nus.edu.sg/dist/2/3912/files/2014/10/Chapter9-20ycqjr.pdf

Soit $q$ et $x$ deux complexes avec $|q|<1$. On définit $(q)_0=1$ et $\displaystyle{(q)_n =\prod_{j=1}^n \left(1-q^j\right)}$. On a alors l'identité (en haut de la page 109 du doc) :
$$
(1+x)(1+xq) \dots (1+xq^{n-1}) = \sum_{k=0}^n \frac{(q)_n}{(q)_k (q)_{n-k}} q^{k(k-1)/2} x^k.

$$ Jusque là, pas de souci. Ensuite l'auteur passe à la limite quand $n \rightarrow + \infty$ et en déduit
$$
\prod_{k=1}^{+\infty} \left( 1+xq^{k-1}\right) = \sum_{k=0}^{+\infty} \frac{q^{k(k-1)/2}}{(q)_k} x^k,

$$ et c'est là que les ennuis commencent pour moi.

Le produit est convergent puisque $\displaystyle{\sum_{k=1}^{+\infty} xq^{k-1}}$ est absolument convergente. Dans le but d'appliquer ce que le papier appelle "théorème de Tannery", j'ai écrit
$$
\sum_{k=0}^n \frac{(q)_n}{(q)_k (q)_{n-k}} q^{k(k-1)/2} x^k = \sum_{k=0}^{+\infty} u_k(n),

$$ avec $\displaystyle{u_k(n) = \frac{(q)_n}{(q)_k (q)_{n-k}} q^{k(k-1)/2} x^k}$ si $n\geq k$ et $u_k(n) =0$ si $0 \leq n < k$. Pour tout $k\in \N$, on a
$$
\lim_{n \rightarrow+\infty} u_k(n)= \frac{q^{k(k-1)/2}}{(q)_k} x^k.

$$ Ce qui me manque pour conclure c'est l'hypothèse de domination : $\left|u_k(n) \right| \leq M_k$ avec $\sum {M_k}$ qui converge.

J'avais pensé partir de
$$
(1+|x|)(1+|xq|) \dots (1+|xq^{n-1}|) = \sum_{k=0}^n \frac{(|q|)_n}{(|q|)_k (|q|)_{n-k}} |q|^{k(k-1)/2} |x|^k,

$$ et le produit étant convergent, la série aussi. Si j'arrivais à prouver
$$
\left| \frac{(q)_n}{(q)_k (q)_{n-k}} \right| \leq \frac{(|q|)_n}{(|q|)_k (|q|)_{n-k}},

$$ j'aurais gagné. J'ai fait quelques essais numériques et n'ai pas trouvé de contre exemples à cette inégalité, néanmoins je ne parviens à voir pourquoi elle serait vraie, et aurait même tendance à penser qu'elle est fausse.
Quelqu'un peut-il m'aider ?
Merci.

Réponses

  • Bonsoir,$\newcommand\Binom[2]{\displaystyle\genfrac{[}{]}{0pt}{}{#1}{#2}}$
    J'ai l'impression qu'on peut montrer $\left|\Binom{n}{k}_q \right|\leqslant \Binom{n}{k}_{|q|}$ par récurrence sur $n$ en utilisant la relation $\displaystyle \Binom{n+1}{k+1}_q = \Binom{n}{k}_q + \Binom{n}{k+1}_q q^{k+1}$.
  • On a $(|q|)_{\infty} \leq |(q)_n| \leq \prod_{i=1}^{+\infty} (1+|q|^i)$ pour tout $n$, ce qui permet de majorer $u_k(n)$ par quelque chose d'indépendant de $n$ dont la série va converger grâce aux puissances de $q$.
  • Merci Calli, c'est exactement ce que je cherchais, quelle jolie propriété !!

    Bien vu Poirot, je ne pensais pas qu'on pourrait encadrer $|(q)_n|$ par quelque chose d'indépendant de $n$, ce qui me faisait douter de la véracité de "ma" propriété. Et c'est plus simple que la proposition de Calli, mais moins joli à mon goût :-D

    side, l'analyse complexe et l'intégration étant un peu loin je n'ai pas creusé ta piste, merci quand même.
  • Poirot, je suis en train de regarder de plus près ta proposition, et je ne vois pas comment les quelques puissances de $q$ dans la somme vont compenser toutes celles de $x$ ($x$ est quelconque, pas de module inférieur à 1).
  • $\newcommand\Binom[2]{\displaystyle\genfrac{[}{]}{0pt}{}{#1}{#2}}$"La proposition de Calli" était juste de répondre à ton souhait d'avoir $\left|\Binom{n}{k}_q \right|\leqslant \Binom{n}{k}_{|q|}$. :-D

    PS : Je rappelle que $\Binom{n}k_q= \frac{(q)_n}{(q)_k (q)_{n-k}} $.
  • Eh oui, je ne pensais que ça fonctionnerait, et je n'aurais sûrement pas pensé à utiliser la relation de récurrence (que j'avais pourtant en mémoire car donnée dans le polycopié sur lequel je travaille).
  • Quel que soit le module de $x$, le $q^{k(k-1)}{2}$ va fortement l'emporter sur $x^k$.
  • En effet ! Comment rédigerais-tu cela ? Pour ma part j'écris
    $$
    k^2 |q|^{k(k-1)/2} |x|^k = \exp\left( k \left[ 2 \frac{\ln k}{k} + \frac{k-1}{2} \ln |q| + \ln |x| \right] \right)
    $$
    tend vers 0 quand $k$ tend vers $+\infty$, donc $\displaystyle{ |q|^{k(k-1)/2} |x|^k} = o\left( \frac{1}{k^2} \right)$ en $+\infty$, d'où la convergence de la série $\displaystyle{ \sum_{ k = 0}^{+\infty} |q|^{k(k-1)/2} |x|^k}$.
    Il y a sans doute plus rapide ?
  • C'est l'idée. Il s'agit de remarquer qu'en forme exponentielle on a quelque chose de l'ordre de $k^2 \log q + k \log x$ qui va tendre très vite vers $-\infty$ puisque $\log q < 0$. Ensuite tu compares ça à ce que tu veux, $k^{-2}$ fonctionne très bien, tu aurais même pu prendre $e^{-\alpha k}$ pour n'importe quel $\alpha > 0$.
  • Je te remercie pour ta réponse précise.

    Bonne soirée.
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