Noyau de Dirichlet. Pour …, montrer que :…
Application directe du cours · niveau 2 · mathématiques MPSI, chapitre 3 — Nombres complexes · C. Trigonométrie : Euler, angle moitié, Moivre
Énoncé
Noyau de Dirichlet. Pour , montrer que :
Corrigé
Stratégie : une somme géométrique, puis l'angle moitié. La somme est géométrique de raison ; c'est la mise en forme du résultat — la factorisation par l'angle moitié — qui fait apparaître les sinus.
1) La somme géométrique. Posons . Comme , on a , et la somme compte termes, de à : soit
2) L'angle moitié, deux fois. C'est la technique centrale du chapitre : on factorise numérateur et dénominateur par l'exponentielle de la moitié de la somme des exposants, pour faire surgir un sinus.
Au dénominateur : Au numérateur, la demi-somme des exposants et vaut :
3) On divise. Les facteurs et se simplifient :
⚠️ Où sert l'hypothèse ? À deux endroits, et il faut les nommer : elle garantit (sans quoi la formule de la somme géométrique ne s'applique pas) et (sans quoi le membre de droite n'existe pas). Pour , la somme vaut simplement — chaque terme valant .
Contrôle. , : la somme vaut . La formule : ✓.
Une remarque qui vaut d'être faite. La somme est réelle, alors qu'elle additionne des complexes : les termes et sont conjugués, donc . Cette quantité est le noyau de Dirichlet, qui gouverne la convergence des séries de Fourier — on la retrouvera en seconde année.
Les autres exercices de ce chapitre Le cours du chapitre
Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.