Faisons un peu d’analyse complexe. Pour r>0 on définit le chemin γr paramétré par γr(t)=reit pour t∈[−π/2,π/2]
Lemme: Pour f une fonction continue sur C on a r→0lim∫γrzf(z)dz=iπf(0)En effet par définition, ∫γrzf(z)dz=∫−π2π/2reitf(reit)ireitdt=i∫−π2π/2f(reit)dt
donc en passant à la limite grâce au théorème de convergence dominée on a le résultat.
Soient maintenant 0<r<R. On définit γ par γ=γR⊔[iR,ir]⊔(−γr)⊔[−ir,−iR] où [a,b] désigne le segment joignant a à b et (−γr) le chemin γr parcouru en sens inverse. Puisque f:z↦ze−z est holomorphe sur le domaine intérieur à γ on a ∫γze−zdz=0
Or ∫γze−zdz=∫γRze−zdz+∫[iR,ir]ze−zdz+∫[−ir,−iR]ze−zdz−∫γrze−zdz=∫γRze−zdz+∫Rrite−itidt+∫−r−Rite−itidt−∫γrze−zdz=∫γRze−zdz+2i∫rRtsin(t)dt−∫γrze−zdz
Ainsi d’après le lemme, puisque z↦e−z est continue et que t↦tsin(t) est prolongeable par continuité en 0, on a en passant à la limite quand r→0 ∫γRze−zdz+2i∫0Rtsin(t)dt=iπ(1)
Pour finir il nous reste à remarquer que R→0lim∫γRze−zdz=0(2)En effet, ∫γRze−zdz=∫−π/2π/2e−Reitdt≤∫−π/2π/2e−Rcos(t)dtet pour 0<ε<π/4 fixé, ∫−π/2π/2e−Rcos(t)dt=∫−π/2−π/2+εe−Rcos(t)dt+∫−π/2+επ/2−εe−Rcos(t)dt+∫−π/2−επ/2e−Rcos(t)dt≤2ε+(π−2ε)e−Rcos(π/2−ε)
mais (π−2ε)e−Rcos(π/2−ε)=(π−2ε)e−Rsin(ε)R→+∞⟶0
donc il existe R0>0 tel que ∀R>R0,(π−2ε)e−Rcos(π/2−ε)≤ε Ainsi pour tout R>R0, ∫γRze−zdz≤3εce qui prouve (2).
Pour conclure on passe à la limite quand R→+∞ dans (1) ce qui nous donne ∫0+∞tsin(t)dt=2π
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