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De plus, le groupe de Galois d'une primitive donnée est soit trivial (s'il n'est pas nécessaire d'étendre le corps pour l'exprimer), soit le groupe additif des constantes (correspondant à la constante d'intégration). Ainsi, le groupe de Galois différentiel d'une primitive ne contient pas assez d'information pour déterminer si elle peut ou non s'exprimer en fonctions élémentaires, ce qui constitue l'essentiel du théorème de Liouville. Inversement, la théorie de Galois différentielle permet d'obtenir des résultats analogues, mais plus puissants, par exemple de démontrer que les fonctions de Bessel, non seulement ne sont pas des fonctions élémentaires, mais ne peuvent même pas s'obtenir à partir de primitives de ces dernières (ce ne sont pas des fonctions liouvilliennes). De manière analogue (mais sans utiliser la théorie de Galois différentielle), Joseph Ritt a obtenu en 1925 une caractérisation des fonctions élémentaires dont la bijection réciproque est également élémentaire [1]. Des exemples plus détaillés et une démonstration du théorème
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En analyse complexe, le théorème de Liouville, du nom de Joseph Liouville (bien que le théorème ait été prouvé pour la première fois par Cauchy en 1844), stipule que toute fonction entière bornée doit être constante. C'est, chaque fonction holomorphe pour laquelle il existe un nombre positif tel que pour tous en est constante. De manière équivalente, les fonctions holomorphes non constantes sur ont des images non bornées. Le théorème est considérablement amélioré par le petit théorème de Picard, qui dit que toute fonction entière dont l'image omet deux nombres complexes ou plus doit être constante. Preuve Le théorème découle du fait que les fonctions holomorphes sont analytiques. Si f est une fonction entière, elle peut être représentée par sa série de Taylor autour de 0: où (par la formule intégrale de Cauchy) et C r est le cercle autour de 0 de rayon r > 0. Supposons que f soit borné: c'est-à-dire qu'il existe une constante M telle que | f ( z)| ≤ M pour tout z. On peut estimer directement où dans la deuxième inégalité nous avons utilisé le fait que | z | = r sur le cercle C r. Mais le choix de r dans ce qui précède est un nombre positif arbitraire.
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Donc, laisser r tendre vers l'infini (nous laissons r tendre vers l'infini puisque f est analytique sur tout le plan) donne a k = 0 pour tout k 1. Donc f ( z) = a 0 et ceci prouve le théorème. Corollaires Théorème fondamental de l'algèbre Il existe une courte démonstration du théorème fondamental de l'algèbre basé sur le théorème de Liouville. Aucune fonction entière ne domine une autre fonction entière Une conséquence du théorème est que des fonctions entières "réellement différentes" ne peuvent pas se dominer, c'est-à-dire si f et g sont entiers, et | f | | g | partout, alors f = α· g pour un nombre complexe α. Considérons que pour g = 0 le théorème est trivial donc nous supposons Considérons la fonction h = f / g. Il suffit de prouver que h peut être étendu à une fonction entière, auquel cas le résultat suit le théorème de Liouville. L'holomorphie de h est claire sauf aux points en g -1 (0). Mais comme h est borné et que tous les zéros de g sont isolés, toutes les singularités doivent pouvoir être supprimées.
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Il indique aussi que le module d'une fonction holomorphe sur un ouvert connexe réalise sa borne supérieure sur la frontière de l'adhérence de cet ouvert connexe. Principe du maximum Si est holomorphe sur l'ouvert connexe et s'il existe tel que dans un voisinage de ( admet un maximum local dans) alors est constante dans. Si l'ouvert est borné et dans et continue dans ( désignant l'adhérence de) alors.
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D'autres démonstrations possibles reposent indirectement sur la formule intégrale de Cauchy [ 2]. Premier énoncé Soit une fonction entière f, qui soit bornée sur C. Dans ce cas, il existe un majorant M du module de f. L'inégalité de Cauchy s'applique à f et à tout disque de centre z et de rayon R; elle donne:. Si on fixe z et qu'on fait tendre R vers l'infini, il vient:. Par conséquent, la dérivée de f est partout nulle, donc f est constante. Second énoncé On suppose que la fonction entière f est à croissance polynomiale. L'inégalité de Cauchy est de nouveau appliquée au disque de centre z et de rayon R:. À nouveau, en faisant tendre R vers l'infini, il vient: Par primitivations successives, la fonction f est une fonction polynomiale en z et son degré est inférieur ou égal à k. Le théorème peut être démontré en utilisant la formule intégrale de Cauchy pour montrer que la dérivée complexe de f est identiquement nulle, mais ce n'est pas ainsi que Liouville l'a démontré; et plus tard Cauchy disputa à Liouville la paternité du résultat.
DÉRIVÉES PARTIELLES (ÉQUATIONS AUX) Équations non linéaires Dans le chapitre « L'équation de Korteweg et de Vries »: […] En 1865, Scott Russell observa sur un canal rectiligne une onde de surface créée par le choc de deux péniches, qu'il appela onde solitaire; il fut frappé par la stabilité du phénomène et raconte qu'il put la suivre à cheval, à vitesse constante, pendant plusieurs kilomètres. Pour expliquer ce phénomène, dit de soliton, on peut utiliser un système de deux équations à une dimension d'espace: dans […] […] Lire la suite DIOPHANTIENNES APPROXIMATIONS Écrit par Marcel DAVID • 4 514 mots Dans le chapitre « Approximations des irrationnels algébriques »: […] On dit qu'un irrationnel τ est rationnellement approchable à l'ordre α s'il existe une constante dépendant de τ, soit K(τ), telle que: ait une infinité de solutions. On voit sans peine qu'un rationnel u / v est approchable à l'ordre 1 et pas au-delà. D'autre part, les propriétés des fractions continuées montrent que tout irrationnel est approchable à l'ordre 2 au moins et qu'un irrationnel quadr […] […] FONCTIONS ANALYTIQUES Fonctions d'une variable complexe Jean-Luc VERLEY • 12 743 mots • 9 médias Dans le chapitre « Les inégalités de Cauchy »: […] Soit f une fonction analytique dans un disque D(0, R); la fonction f ( z) est donc somme dans D(0, R) d'une série entière dont les coefficients a n sont donnés par la formule (10).
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