Intégrale curviligne
Bonjour,
Soit $\mu\in [-1,1],\; f:\mathbb C\setminus i\pi\mathbb Z\to \mathbb C,\; f(z)=\dfrac{e^{\mu z}}{z^2\sinh(z)}$.
Soit le chemin $\gamma:\mathbb R\to \mathbb C,\;\gamma(t)=\begin{cases}
t & \text{ si } |t|\geq 1 \\
e^{i\frac{\pi}{2}(1-t)} & \text{ si } |t|\leq 1 .
\end{cases}$
Je souhaite calculer calculer l'intégrale curviligne $\displaystyle \int_\gamma f(z)dz:=\int_\mathbb R f(\gamma(t))\gamma'(t)dt$.
Mon corrigé prend une figure de carré tel que le côté bas admet le petit demi-cercle $e^{i\frac{\pi}{2}(1-t)}$ de notre chemin $\gamma$ et dont les côtés valent $b_n=i\pi(n+\frac{1}{2})$ (voir la pièce jointe).
On a $(0)=(1)+(2)$ (voir pièce jointe)
Mon corrigé est un peu incompréhensible, il dit que :
$\int_1 \to \int_\gamma$ pour $n\to \infty$ (ceci est clair)
$\int_2:\underbrace{\dfrac{2e^{\mu z}}{e^z-e^{-z}}}_{\text{négligeable }|e^z|\geq |e^{\mu z}|\; (\mu\leq 1)}$ borné : $\frac{1}{z^2}\sim \frac{1}{n^2}$ (je n'ai pas compris...).
$\int_4:\underbrace{\dfrac{2e^{\mu z}}{e^z-e^{-z}}}_{\text{grand }} \sim \frac{1}{n^2}$ (Idem)
$\int_3:\left |\dfrac{2e^{\mu (i\pi(n+\frac{1}{2})+t)}}{e^{i\pi(n+\frac{1}{2})+t}-e^{-i\pi(n+\frac{1}{2})-t}} \right |=\underbrace{\dfrac{2e^{\mu t}}{e^t+e^{-t}}}_{\text{borne}}$ (Idem)
D'après mon corrigé on a alors $(0)=(1)+(2)=(1)+o(\frac{1}{n})\to (1)$
Finalement, on calcule $(0)$ avec les résidus, cette partie ne me pose pas de problème avec mon corrigé, on trouve alors la valeur de $(1)$ voulue.
Merci pour votre aide.
Soit $\mu\in [-1,1],\; f:\mathbb C\setminus i\pi\mathbb Z\to \mathbb C,\; f(z)=\dfrac{e^{\mu z}}{z^2\sinh(z)}$.
Soit le chemin $\gamma:\mathbb R\to \mathbb C,\;\gamma(t)=\begin{cases}
t & \text{ si } |t|\geq 1 \\
e^{i\frac{\pi}{2}(1-t)} & \text{ si } |t|\leq 1 .
\end{cases}$
Je souhaite calculer calculer l'intégrale curviligne $\displaystyle \int_\gamma f(z)dz:=\int_\mathbb R f(\gamma(t))\gamma'(t)dt$.
Mon corrigé prend une figure de carré tel que le côté bas admet le petit demi-cercle $e^{i\frac{\pi}{2}(1-t)}$ de notre chemin $\gamma$ et dont les côtés valent $b_n=i\pi(n+\frac{1}{2})$ (voir la pièce jointe).
On a $(0)=(1)+(2)$ (voir pièce jointe)
Mon corrigé est un peu incompréhensible, il dit que :
$\int_1 \to \int_\gamma$ pour $n\to \infty$ (ceci est clair)
$\int_2:\underbrace{\dfrac{2e^{\mu z}}{e^z-e^{-z}}}_{\text{négligeable }|e^z|\geq |e^{\mu z}|\; (\mu\leq 1)}$ borné : $\frac{1}{z^2}\sim \frac{1}{n^2}$ (je n'ai pas compris...).
$\int_4:\underbrace{\dfrac{2e^{\mu z}}{e^z-e^{-z}}}_{\text{grand }} \sim \frac{1}{n^2}$ (Idem)
$\int_3:\left |\dfrac{2e^{\mu (i\pi(n+\frac{1}{2})+t)}}{e^{i\pi(n+\frac{1}{2})+t}-e^{-i\pi(n+\frac{1}{2})-t}} \right |=\underbrace{\dfrac{2e^{\mu t}}{e^t+e^{-t}}}_{\text{borne}}$ (Idem)
D'après mon corrigé on a alors $(0)=(1)+(2)=(1)+o(\frac{1}{n})\to (1)$
Finalement, on calcule $(0)$ avec les résidus, cette partie ne me pose pas de problème avec mon corrigé, on trouve alors la valeur de $(1)$ voulue.
Merci pour votre aide.
Réponses
-
$b_n$ étant un nombre complexe j'ai du mal à imaginer un carré de côté $b_n$, mais passons.
Pour $(2)$ et $(4)$ il s'agit de comprendre la taille de (en module donc) de l'intégrande. L'exponentielle et le sinus hyperbolique vont se compenser en module quand la partie réelle devient grande, par contre le terme en $\frac{1}{z^2}$ est de module au plus $\frac{1}{n^2}$, et on intègre sur un segment de longueur $n$, d'où le fait que $(2)$ et $(4)$ sont des $O(1/n)$.
Je te laisse mettre ça au propre, et faire un raisonnement analogue pour $(3)$. -
Merci beaucoup pour votre réponse Poirot. Je vous mets ma rédaction pour le $(2)$ en suivant vos conseils. Je rédige différemment pour la première fois avec des $o(n)$ pour simplifier, vous me direz si c'est rigoureux.
Je prends le chemin $$
\begin{align*}
\gamma_2 &=\pi(n+\tfrac{1}{2})+it\pi(n+\tfrac{1}{2}),\quad t\in [0,1] \\
&=o(n^2)+it\,o(n^2)
\end{align*}
$$ On a $\gamma_2'=i\,o(n^2)\implies |\gamma_2'|=o(n^2)$ et $|\gamma_2|^2=\sqrt{o(n^2)^2+t^2\,o(n^2)^2}^2=o(n^3)+t^2\,o(n^3)\leq o(n^3),\quad \forall t\in [0,1]$. Aussi, $e^t\geq e^{\mu t},\quad \forall \mu \in ]0,1]$
$$
\begin{align*}
\left|\int_{\gamma_2}f(z)\right| &=\left|\int_{\gamma_2}\frac{e^{\mu z}}{z^2\sinh(z)}\right| \\
&=2\left|\int_{\gamma_2}\frac{e^{\mu z}}{z^2(e^z-e^{-z})}\right| \\
&\leq 2\int_{\gamma_2}\left|\frac{e^{\mu z}}{z^2(e^z-e^{-z})}\right| \\
&=2\int_0^1\frac{\left|e^{\mu\, o(n^2)+it\mu\, o(n^2)}\right|}{\left|(e^{o(n^2)+it\,o(n^2)}-e^{-o(n^2)-it\,o(n^2)})\right|}\frac{o(n^2)}{|o(n^2)+it\,o(n^2)|^2} \\
&\leq 2\int_0^1\frac{e^{o(n^2)}}{e^{o(n^2)}-e^{-o(n^2)}}\frac{o(n^2)}{o(n^3)} \\
&= 2\underbrace{\frac{e^{o(n^2)}}{e^{o(n^2)}-e^{-o(n^2)}}}_{\to 1}\underbrace{\frac{o(n^2)}{o(n^3)}}_{\to 0}
\end{align*}$$ -
Ça ne va pas du tout, tu te fatigues à introduire plein d'estimations complètement inutiles. Des majorations toutes bêtes suffisent.
Pour $z \in (2)$, on a $$|e^{\mu z}| = e^{\mu \pi(n + 1/2)} \leq e^{\pi(n + 1/2)}$$ puisque $\mu \leq 1$, et $$|\sinh(z)| \geq |e^z| - |e^{-z}| = e^{\pi(n + 1/2)} - e^{-\pi(n + 1/2)} \geq e^{\pi(n + 1/2)} - 1$$ donc $$\left|\frac{e^{\mu z}}{\sinh(z)}\right| \leq \frac{1}{1 - e^{-\mu \pi(n + 1/2)}} = O(1).$$ On a aussi $\left|\frac{1}{z^2}\right| \leq \frac{1}{n^2}$ puisque $|z|^2 = \mathfrak{Re}(z)^2 + \mathfrak{Im}(z)^2 \geq \mathfrak{Re}(z)^2 = \pi^2(n+1/2)^2$.
Ainsi $$\left|\int_{(2)} f(z) \,\mathrm{d}z \right| \leq \text{longueur}(2) \times \sup_{z \in (2)} |f(z)| \leq \pi(n+1/2) \times O\left(\frac{1}{n^2}\right) = O\left(\frac{1}{n}\right).$$ -
Merci beaucoup, je m'emmêle souvent les pinceaux avec ce genre de calculs.
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