mathématiques (PTSI) · Chapitre 8 · Exercice de TD
: factoriser, inverser, et une parité cachée
Analyse asymptotique · B. Calculs de développements limités · niveau 2
Énoncé
On s'intéresse, au voisinage de , à la fonction , définie pour .
a) Déterminer le de (factoriser au dénominateur, puis composer avec ).
b) Montrer que la fonction , prolongée par , est paire. Qu'en déduit-on pour le développement limité de ?
c) On écrit . En identifiant dans l'égalité , montrer que et .
d) (Physique.) On admet que l'énergie moyenne, à la température , d'un oscillateur de pulsation dont l'énergie est quantifiée vaut où (la constante de Planck réduite) et (la constante de Boltzmann) sont des constantes positives. Montrer qu'à haute température on retrouve l'énergie de référence , et sa première correction.
Corrigé de la question 1
Ce qu'on a le droit d'utiliser. Le développement de l'exponentielle ; la règle du quotient ; l'unicité des coefficients d'un développement limité et sa conséquence pour les fonctions paires ; et la méthode du cours : factoriser le terme prépondérant pour prévoir l'ordre.
a) Factoriser, puis inverser. Le dénominateur s'annule en : la règle du quotient ne s'applique pas telle quelle. On sort le facteur responsable de l'annulation, avec l'exponentielle à l'ordre : avec . La factorisation par coûte un ordre : pour avoir à l'ordre , il fallait à l'ordre . Pour , avec ; comme est d'ordre , il faut aller jusqu'à . En ne gardant que les termes d'ordre au plus , et , d'où le reste étant un puisque . Comme et :
Question 2 : comment l'IA t'aide
b) Montrer que la fonction , prolongée par , est paire. Qu'en déduit-on pour le développement limité de ?
Élève
D'après le a), , qui n'a que des puissances paires. Est-ce que ça suffit pour dire que est paire ?
IA
Non : un développement limité ne décrit qu'au voisinage de et à un ordre fini, et deux fonctions peuvent avoir le même sans être égales. Il faut comparer et exactement pour tout : comment réécrire pour faire apparaître au dénominateur ?
Élève
En multipliant numérateur et dénominateur par , j'obtiens . Je peux alors calculer sur un dénominateur commun.
IA
Une fois la parité acquise, le raisonnement va dans l'autre sens. Que dit l'unicité du développement limité d'une fonction paire, à un ordre quelconque, sur ses coefficients ? Et qu'en tires-tu pour , qui diffère de par ?
L'IA ne donne pas la réponse : elle pose la question qui fait avancer. À toi de continuer.
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Reprends la question 2 là où le dialogue s'arrête, puis la suite de l'exercice.
Continuer avec l'IA — gratuit, sans inscriptionGratuit, sans inscription. L'IA te guide pas à pas, sans te donner la réponse.