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Propriétés usuelles des rayons de convergence

De la définition précédente, on déduit directement les propriétés suivantes.

Propriétés

Soient une série entière et son rayon de convergence.

  • converge bornée .
  • non bornée diverge .
  • ne change pas si l'on modifie un nombre fini de coefficients , ni si l'on multiplie chaque par , pour un réel fixé .
Théorème

Soit et deux séries entières, de rayons de convergence respectifs et .

  • .
  • .
Fin du théorème
Théorème

Soit une série entière telle que .

Si alors .

Fin du théorème

Nature de la convergence

Les théorèmes suivants permettent de caractériser plus précisément la nature de la convergence des séries entières dans leur disque de convergence. On considère dans cette partie une série entière de rayon de convergence .

Théorème

La série entière converge normalement (donc uniformément) sur tout disque fermé inclus dans le disque ouvert , et la somme est donc continue sur ce disque.

Fin du théorème
Panneau d’avertissement Ceci n'implique pas la convergence uniforme sur . Un contre-exemple classique est , qui ne converge pas uniformément sur . Cependant :
Théorème

Si la série numérique converge, alors la série entière converge normalement sur le disque fermé , et la somme est donc définie continue sur ce disque.

Fin du théorème

C'est le cas par exemple pour la série entière .

Propriétés algébriques

Théorème

Soit et deux séries entières de rayon de convergence respectif et . La série entière est de rayon de convergence . De plus, si alors . Enfin :

.
Fin du théorème
Théorème

Soit une série entière de rayon de convergence et . La série entière a même rayon de convergence et

.
Fin du théorème
Théorème

Soit et deux séries entières de rayon de convergence respectif et . La série entière est de rayon de convergence et

.
Fin du théorème

La démonstration est claire par produit de Cauchy.

Panneau d’avertissement Dans le cadre , on n'a pas d'information supplémentaire sur la convergence de la série entière.
Exemple

Le rayon de convergence des deux séries entières et est 1, tandis que celui de est infini.

Fin de l'exemple

Propriétés topologiques

Théorème

Si une série entière converge en un point , alors la convergence est uniforme sur (donc la fonction somme de la série est continue sur ce segment).

Fin du théorème

Dérivation, intégration

Définition

Soit une série entière.

  • On appelle série entière dérivée la série entière identifiée à . On note D l'opérateur qui à une série entière associe sa série dérivée.
  • On appelle série entière primitive la série entière identifiée à . On note P l'opérateur qui à une série entière associe sa série primitive.

Ainsi, les opérateurs P et D vérifient : .

Théorème

Soit une série entière de rayon de convergence . Alors ses séries dérivée et primitive ont même rayon de convergence .

Fin du théorème
Proposition : Dérivation d'une série entière

Soit une série entière, de rayon de convergence strictement positif, de somme S. Alors S est de classe sur et :

Proposition : Dérivation d'ordre supérieur d'une série entière

Soit une série entière, de rayon de convergence strictement positif, de somme S. Alors S est de classe sur et :

.
Proposition : Intégration d'une série entière

Soit une série entière, de rayon de convergence strictement positif, de somme S. Alors :

.
Exemple

La série entière , de rayon de convergence 1, a pour primitive , de même rayon et nulle en 0. (Si , cette définition coïncide donc avec le logarithme usuel.)

Fin de l'exemple
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