Analyse complexe. Exercice 1. Montrer que la fonction cosinus complexe cos : C C, n est pas bornée.

Documents pareils
Fonctions Analytiques

Fonctions holomorphes

Calcul fonctionnel holomorphe dans les algèbres de Banach

I. Polynômes de Tchebychev

Sur certaines séries entières particulières

Fonctions de plusieurs variables

Chapitre 6. Fonction réelle d une variable réelle

Amphi 3: Espaces complets - Applications linéaires continues

Comparaison de fonctions Développements limités. Chapitre 10

Rappels et compléments, première partie : Nombres complexes et applications à la géométrie

Image d un intervalle par une fonction continue

n N = u N u N+1 1 u pour u 1. f ( uv 1) v N+1 v N v t

De même, le périmètre P d un cercle de rayon 1 vaut P = 2π (par définition de π). Mais, on peut démontrer (difficilement!) que

Planche n o 22. Fonctions de plusieurs variables. Corrigé

Cours Fonctions de deux variables

Exercices - Fonctions de plusieurs variables : corrigé. Pour commencer

3. Conditionnement P (B)

Fonctions de plusieurs variables

Continuité en un point

Cours d Analyse. Fonctions de plusieurs variables

Représentation géométrique d un nombre complexe

Correction du Baccalauréat S Amérique du Nord mai 2007

Limites finies en un point

Fonctions de plusieurs variables, intégrales multiples, et intégrales dépendant d un paramètre

Continuité d une fonction de plusieurs variables

NOMBRES COMPLEXES. Exercice 1 :

Développements limités. Notion de développement limité

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable

Méthodes de quadrature. Polytech Paris-UPMC. - p. 1/48

Exercice autour de densité, fonction de répatition, espérance et variance de variables quelconques.

Théorème du point fixe - Théorème de l inversion locale

3 Approximation de solutions d équations

8.1 Généralités sur les fonctions de plusieurs variables réelles. f : R 2 R (x, y) 1 x 2 y 2

Exercices - Nombres complexes : corrigé. Formes algébriques et trigonométriques, module et argument

Notes du cours MTH1101 Calcul I Partie II: fonctions de plusieurs variables

Problème 1 : applications du plan affine

Commun à tous les candidats

Points de Weierstrass d une surface de Riemann compacte

rf( 1 f(x)x dx = O. ) U concours externe de recrutement de professeurs agreg6s composition d analyse

Cours d Analyse I et II

FONCTIONS DE PLUSIEURS VARIABLES (Outils Mathématiques 4)

Chapitre 2 Le problème de l unicité des solutions

Suites numériques 4. 1 Autres recettes pour calculer les limites

Les travaux doivent être remis sous forme papier.

Intégration et probabilités TD1 Espaces mesurés Corrigé

EXERCICE 4 (7 points ) (Commun à tous les candidats)

Baccalauréat S Antilles-Guyane 11 septembre 2014 Corrigé

par Rochdi Ben Charrada & Aziz El Kacimi Alaoui (Version Juin 2013)

Suites numériques 3. 1 Convergence et limite d une suite

INTRODUCTION. 1 k 2. k=1

Mesures gaussiennes et espaces de Fock

I - PUISSANCE D UN POINT PAR RAPPORT A UN CERCLE CERCLES ORTHOGONAUX POLES ET POLAIRES

Résolution d équations non linéaires

Chapitre 7 : Intégration sur un intervalle quelconque

Dérivation : cours. Dérivation dans R

Pour l épreuve d algèbre, les calculatrices sont interdites.

Cours3. Applications continues et homéomorphismes. 1 Rappel sur les images réciproques

Continuité et dérivabilité d une fonction

CCP PSI Mathématiques 1 : un corrigé

Chapitre 3. Quelques fonctions usuelles. 1 Fonctions logarithme et exponentielle. 1.1 La fonction logarithme

Développements limités, équivalents et calculs de limites

Notes du cours MTH1101N Calcul I Partie II: fonctions de plusieurs variables

Exercices - Polynômes : corrigé. Opérations sur les polynômes

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable T : pour travailler et mémoriser le cours

Correction du baccalauréat S Liban juin 2007

BACCALAURÉAT GÉNÉRAL SESSION 2012 OBLIGATOIRE MATHÉMATIQUES. Série S. Durée de l épreuve : 4 heures Coefficient : 7 ENSEIGNEMENT OBLIGATOIRE

Fonctions de deux variables. Mai 2011

Corrigé Problème. Partie I. I-A : Le sens direct et le cas n= 2

Capes Première épreuve

Calcul intégral élémentaire en plusieurs variables

Cours arithmétique et groupes. Licence première année, premier semestre

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable T : pour travailler et mémoriser le cours.

Intégrales doubles et triples - M

4. Martingales à temps discret

Correction de l examen de la première session

Calcul différentiel sur R n Première partie

Corrigé du baccalauréat S Asie 21 juin 2010

Fonctions de plusieurs variables : dérivés partielles, diérentielle. Fonctions composées. Fonctions de classe C 1. Exemples

Introduction à l étude des Corps Finis

Différentiabilité ; Fonctions de plusieurs variables réelles

Calcul matriciel. Définition 1 Une matrice de format (m,n) est un tableau rectangulaire de mn éléments, rangés en m lignes et n colonnes.

Moments des variables aléatoires réelles

Texte Agrégation limitée par diffusion interne

Nombres complexes. cours, exercices corrigés, programmation

Méthodes Mathématiques Master 1 Mécanique-Physique & Ingénierie Aix-Marseille Université, Uwe Ehrenstein

Baccalauréat S Nombres complexes Index des exercices sur les complexes de septembre 1999 à juin 2012 Tapuscrit : DENIS VERGÈS

Développement décimal d un réel

OM 1 Outils mathématiques : fonction de plusieurs variables

Cours d analyse numérique SMI-S4

Fonctions de plusieurs variables et applications pour l ingénieur

Fonctions de plusieurs variables. Sébastien Tordeux

Dualité dans les espaces de Lebesgue et mesures de Radon finies

Chapitre 2. Matrices

Simulation de variables aléatoires

Optimisation non linéaire Irène Charon, Olivier Hudry École nationale supérieure des télécommunications

Enoncé et corrigé du brevet des collèges dans les académies d Aix- Marseille, Montpellier, Nice Corse et Toulouse en Énoncé.

La Licence Mathématiques et Economie-MASS Université de Sciences Sociales de Toulouse 1

Fonctions homographiques

Chp. 4. Minimisation d une fonction d une variable

Cours de Mécanique du point matériel

Transcription:

Université Chouaib Doukkali Faculté des Sciences Département de Mathématiques El Jadida A. Lesfari lesfariahmed@yahoo.fr http://lesfari.com Analyse complexe Exercice. Montrer que la fonction cosinus complexe cos : C C, n est pas bornée. z Exercice 2. Montrer que lim n existe pas. z z Exercice 3. a) Montrer que La fonction f (z) = u(x, y) + iv(x, y) est holomorphe dans Ω si et seulement si u et v sont différentiables dans Ω et satisfont aux conditions de Cauchy-Riemann: b) En déduire que u x = v y, u y = v x. f (z) = u x + i v x = u x i u y = v y i u y = v y + i v x. Exercice 4. Montrer que les équations de Cauchy-Riemann sont équivalentes à l équation: f z =. Exercice 5. Soit f C dans Ω, à valeurs complexes. Montrer que la fonction f est holomorphe si et seulement si la forme différentielle ω = fdz est fermée dans Ω. Exercice 6. Soit f(z) = u(x, y) + iv(x, y), une fonction complexe d une variable complexe z = x + iy. a) Montrer que si f(z) est holomorphe dans un domaine Ω, on peut l y exprimer au moyen de z seul. b) Comment trouver formellement l expression de u(x, y) + iv(x, y) au moyen de z seul? c) On suppose que u et v soient différentiables. Montrer que si la fonction f(z) s exprime au moyen de z seul, alors elle est holomorphe. d) Supposons que la fonction f soit holomorphe et que f (z). Posons g(z) = P (x, y) + iq(x, y). Montrer que g est holomorphe si et seulement si df dg =.

A. Lesfari 2 Exercice 7. Montrer que la règle de l Hospital reste d application dans le cas complexe, à savoir, si f(z ) = g(z ) = alors: f(z) lim z z g(z) = f (z ) g (z ), si g (z ) est nul et si f et g sont dérivables en z. Exercice 8. Soit f : C C, une fonction holomorphe. On pose z = x+iy et f(z) = u(x, y) + iv(x, y). Montrer que f est constante s il existe des nombres réels a, b, c non tous nuls et tels que: au + bv = c. Exercice 9. Montrer que la fonction f(z) = Re(z), n est pas holomorphe. Exercice. Calculer z2 dz où est le segment de droite reliant le point z = i au point z = 2 + i, orienté de z à z. Exercice. Appliquer la formule de majoration au cas de l intégrale où est un arc de cercle de centre, de rayon R et d angle au centre θ. Exercice 2. Soient : [a, b] C un chemin fermé et le complémentaire de l image de, c est-à-dire = I c où I = {z : t [a, b], z = (t)}. Montrer que pour tout z, on a 2πi dζ ζ z = ind (z), est un entier dépendant du point z et s appelle indice de par rapport à z. Montrer qu il est égal au nombre de tours que fait autour de z. Montrer que la fonction z ind (z) est constante sur toute partie connexe de et s annule sur la composante connexe non bornée de. Exercice 3. a) Soit f (z) une fonction holomorphe dans un domaine simplement connexe Ω C et soit un chemin fermé contenu dans Ω. Montrer que f (z) dz =. b) Soit f (z) une fonction holomorphe dans un domaine simplement connexe Ω C, sauf en z, z 2,..., z k et soit un chemin fermé contenu dans Ω entourant tous ces points. Si j ( j k) est un chemin fermé contenu dans le domaine intérieur à entourant z j et n entourant pas les autres z l (l j), montrer que k f (z) dz = f (z) dz. j j= c) Que peut-on dire si le domaine Ω n est pas simplement connexe et si est homotope à zéro. Même question si a des points doubles. dz z 2

A. Lesfari 3 Exercice 4. Montrer que si f (z) est holomorphe dans Ω, alors f (z) est continue dans Ω. Exercice 5. a) Soit un chemin d extrémités a et b, et contenu dans Ω. Montrer que l intégrale f (z) dz ne dépend que des extrémités a et b de. On pose b f(z)dz = f(z)dz. b) Soit f(z) une fonction holomorphe dans Ω. D après a), on peut définir dans Ω une fonction uniforme F (z) = z a z f(ζ)dζ, z Ω. Cette fonction F (z) est définie à une constante près, dépendant du choix du point z. Montrer que F (z) est holomorphe dans Ω et on a F (z) = f(z), sur Ω. Exercice 6. Soit f C dans Ω, à valeurs complexes. Montrer que la fonction f admet une primitive dans Ω si et seulement si la forme différentielle ω = fdz est exacte dans Ω. Exercice 7. Soit f (z) une fonction holomorphe dans un domaine Ω. Soit un chemin fermé contenu dans Ω et soit le domaine simplement connexe ayant pour frontière. Montrer que a) Pour tout z, on a la formule intégrale de Cauchy : f(z) = 2πi f(ζ) ζ z dζ. ( étant parcouru dans le sens positif, càd. anti-horlogique). b) La fonction f est indéfiniment dérivable dans et on a, pour tout z, f (n) (z) = n! f(ζ) n+ dζ. 2πi (ζ z) Exercice 8. a) Calculer l intégrale + z dz, lorsque est le périmètre z du carré de centre, dont un sommet est le point (, ) du plan complexe. b) Même question lorsque est la circonférence du plan complexe d équation: x 2 + y 2 4x + 3 =. c) Calculer l intégrale cos 2πz dz, où est le cercle z = 2. (z ) 7 Exercice 9. Montrer que si f(z) est continue dans un domaine simplement connexe Ω et si f(z)dz =, pour tout chemin fermé de Ω, alors f(z) est holomorphe dans Ω.

A. Lesfari 4 Exercice 2. Soit Ω un ouvert de C et f : Ω C une fonction complexe d une variable complexe z. Alors la fonction f est analytique dans Ω si et seulement si elle est holomorphe dans Ω. Exercice 2. Soit D = {z C : z a r}, le disque de centre a et de rayon r et soit f une fonction holomorphe surd. Supposons qu il existe une constante M telle que: f(z) M, z C = D. Montrer que f (n) (a) n!m, n N. rn Exercice 22. Montrer que si f(z) est une fonction holomorphe et bornée sur tout C, alors f(z) est une constante. En déduire que C est algébriquement clos. Autrement dit, toute équation algébrique a z n + a z n + + a n z + a n =, a, a au moins une racine dans C. Exercice 23. Soit f une fonction holomorphe dans un domaine Ω C et soit z Ω. Montrer que les conditions suivantes sont équivalentes: i) f (k) (z ), k N ii) f dans un voisinage V(z ) de z. iii) f dans Ω. Exercice 24. Soient f et g deux fonctions holomorphes dans un domaine Ω C. Supposons que f = g dans un voisinage d un point de Ω. Montrer que f = g sur tout Ω. Exercice 25. a) Soit Ω un domaine de C et f : Ω C une fonction holomorphe non identiquement nulle. Montrer que les zéros de f sont isolés. Autrement dit, l ensemble des zéros de f dans Ω est discret. b)en déduire que l anneau des fonctions holomorphes sur Ω est intègre. Exercice 26. Soit f : Ω C une fonction continue dans un ouvert Ω de C. On dit que f possède, dans Ω, la propriété de la moyenne si pour tout disque fermé D = {z C : z a r} Ω, la valeur de f au point a est égale à la moyenne de f sur le cercle C = D c est-à-dire f(a) = 2π 2π f ( a + re iθ) dθ. a) Montrer que toute fonction holomorphe dans un ouvert Ω C, possède la propriété de la moyenne. b) Montrer que sous les conditions du théorème précédent, on a f(a) max f(a + re iθ ). θ 2π

A. Lesfari 5 Exercice 27. Montrer que si le module d une fonction holomorphe sur un domaine Ω C, atteint son maximum en un point de Ω, alors cette fonction est constante. Exercice 28. Soit f (z) une fonction holomorphe dans le disque ouvert D (, ) = {z C : z < } telle que: f () =, f(z), z D (, ). a) Montrer que f(z) z, z D (, ). b) Montrer que si en outre, il existe un z pour lequel f(z ) = z, alors on a identiquement f (z) = e iθ z, θ R. Exercice 29. a) Montrer que toute fonction holomorphe est harmonique. b) En déduire que la partie réelle et la partie imaginaire d une fonction holomorphe sont harmoniques. c) Montrer que la fonction Log z est harmonique dans C\ {}. Exercice 3. Soit u : Ω R une fonction harmonique dans un ouvert simplement connexe Ω de C. Montrer qu on peut trouver une fonction harmonique v : Ω R telle que: u + iv soit holomorphe sur Ω. Exercice 3. Soit u une fonction harmonique dans le disque ouvert D (, R), et continue dans le disque fermé D (, R). Montrer que u (z) = 2π 2π u ( R e iθ) R 2 z 2 R e iθ 2 dθ, z D (, R), z ou, ce qui revient au même, en posant z = ρe iα, ρ < R, u ( ρe iα) = 2π u ( R e iθ) (R 2 ρ 2 ) 2π R 2 + ρ 2 2Rρ cos (θ α) dθ. Exercice 32. Soit D (, ) un disque ouvert de centre et de rayon R et soit u (θ) une fonction 2π-périodique sur le cercle C = D (, R). Montrer qu il existe une fonction f (z) continue sur le disque fermé D (, R), harmonique sur le disque ouvert D (, R) et satisfaisant à f ( R e iθ) = u (θ). Cette fonction est unique et est donnée par f (z) = 2π u (θ) 2π R 2 z 2 R e iθ 2 dθ, z < R. z Exercice 33. Montrer que si f(z) est holomorphe dans un domaine Ω et si f (z) dans Ω, alors f est conforme dans Ω. Exercice 34. Soit f (z) une fonction holomorphe sur un ouvert connexe Ω de C. a) Montrer que l image de Ω par f est ouverte et connexe.

A. Lesfari 6 b) Montrer que si en outre f est injective, alors f est holomorphe dans f (Ω) et f (z) dans Ω. c) En déduire que si f est une transformation conforme de Ω dans, alors f est une transformation conforme de dans Ω. Exercice 35. Montrer que l image d un ouvert simplement connexe par une transformation conforme est simplement connexe. Exercice 36. Montrer que tout ouvert simplement connexe Ω de C tel que: Ω C est isomorphe au disque ouvert. Exercice 37. Soit f : C une fonction holomorphe dans la couronne ouverte = {z C : R < z z < R 2 }, a) Montrer que f peut être représentée dans de façon unique par une série de la forme f (z) = a k (z z ) k, avec a k = 2πi k= f (ζ) dζ, k Z, k+ (ζ z ) où est un chemin fermé entourant z et contenu dans la couronne. b) Montrer que cette série converge absolument vers f dans et converge uniformément dans toute couronne fermée contenue dans. Exercice 38. Montrer que si z est un pôle d ordre n de la fonction f(z), alors celle-ci s écrit sous la forme f(z) = g(z), avec g(z) holomorphe au (z z ) n voisinage de z et telle que g(z ). Exercice 39. Déterminons les premiers termes du développement de Laurent de sin z, au voisinage de z = dans le disque D de centre, privé de son centre, et de rayon π. Exercice 4. Même question pour (z ) 2 3, au voisinage de z =, (z 4) dans le disque ouvert D de centre, privé de son centre, et de rayon 3. Exercice 4. Trouver et qualifier les points singuliers de la fonction f(z) = z (z ) 2 (z + i). Exercice 42. Montrer que z = est un point singulier essentiel de la fonction ez.

A. Lesfari 7 Exercice 43. Dévelpper en série de Laurent la fonction e z + ez, autour de l origine du plan complexe. 2 Exercice 44. Dévelpper en série de Laurent la fonction f(z) = (z ) (z + ), autour de z =, dans les couronnes < z < 2 et 2 < z. Exercice 45. a) Montrer que lorsque z est un pôle d ordre m de f(z), alors Rés z f(z) = (m )! lim z z d m dz m [(z z ) m f(z)]. b) Montrer que lorsque z est un pôle simple de f(z) = P (z) Q(z), avec P (z ) et Q(z ) =, alors Rés z f(z) = P (z ) Q (z ) si Q (z ). Exercice 46. Calculer les résidus de la fonction f(z) = tous les pôles à distance finie. Exercice 47. Calculer le résidu de la fonction f(z) = z =. z (z ) (z 2) 2, en cos z. chz, au point z 3 sin z. shz Exercice 48. Calculer le résidu de la fonction ez au point z =. Exercice 49. Soit Ω C un domaine et f : Ω\ {z, z 2,..., z k } C fonction holomorphe. Montrer que f(z)dz = 2πi k j= Rés z j f(z), une où est un chemin fermé contenu dans Ω à l intérieur duquel sont contenus tous les z j. Exercice 5. Calculer l intégrale z (z ) (z 2) 2 dz, où est le cercle de centre et de rayon respectivement : 2, 3 et 3. 2

A. Lesfari 8 Exercice 5. Soit f(z) une fonction méromorphe dans un domaine simplement connexe Ω. Soit un chemin fermé contenu dans Ω entourant tous les pôles et zéros de f(z) dans Ω. Montrer que N P = 2πi f(z) f (z) dz = ind fo (), où N est le nombre de zéros et P le nombre de pôles dans Ω. (Tous ces points sont comptés avec leur ordre de multiplicité). Exercice 52. a) Soient f(z) et g(z) deux fonctions méromorphes dans un domaine simplement connexe Ω et sur sa frontière. Supposons qu en tout point de, on ait f(z) > g(z). Montrer que f(z) et f(z) + g(z) ont le même nombre de zéros dans Ω. b) En déduire que tout polynôme de degré n possède n zéros. c) Déterminer le nombre de zéros de la fonction z 8 4z 5 + z 2 dans le disque {z C : z < } Exercice 53. Soit f(z) une fonction holomorphe dans le disque ouvert {z C : z < } satisfaisant à f() =, f (z) M, en tout point de ce disque. a) Etablir successivement les inégalités: f (z) f () 2M z, f(z) zf () M z 2. b) On suppose désormais que : f () =, M >. Déterminer un nombre 2 réel ϱ > tel que les relations: z =, et Z < ϱ, entraînent 2M f(z) z < z Z. c) En déduire que pour Z fixé et Z < ϱ l équation f(z) Z =, a le même nombre de racines que l équation z Z =, dans le disque z < 2M. d) Déterminer un nombre r > tel que la restriction de la fonction f au disque {z C : z < r} soit univalente. Exercice 54. Dans les exercices qui suivent (resp. 2 ) désignera le demicercle de centre et de rayon r (resp.ε). a) Montrer que si f(z) M r k, pour z = reiθ, où k > et M sont des constantes, alors lim r f(z)dz =.

A. Lesfari 9 b) Montrer que si f(z) M r k, pour z = reiθ, où k > et M sont des constantes, alors lim f(z)e imz dz =. r c) Montrer que si z = est un pôle simple de f(z), alors lim f(z)dz = πi Rés f(z). ε 2 Exercice 55. Calculer les intégrales suivantes par la méthode des résidus: a) 2π cos 3θ 5 4 cos θ dθ. b) 2π dx, a >, b >. (a + b cos 2 x) 2 c) 2π ( + 2 cos x) n cos nx 2a cos x a dx, < a <. 3 d) dx + x. 4 e) x sin x x 2 + dx, f) x cos x x 2 2x + dx, g) x sin x x 2 2x + dx. h) sin x x dx. i) sin 4 mx dx, m >. x 2 Exercice 56. On considère la fonction Soit f(z) = e iz z(z 2 + ), z C. (ε, r) = {z = x + iy C : ε < z < r, y > }, ε et r étant des constantes strictement positives. ) Déterminer les pôles et résidus correspondants de la fonction f(z). 2 ) En déduire la valeur de l intégrale + f(z)dz, + désignant la frontière de orientée dans le sens positif. 3 ) Calculer l intégrale réelle sin x x(x 2 + ).

A. Lesfari Exercice 57. Calculer les intégrales suivantes : x α a) dx, < α <. ( + x)x b) log x + x dx. 2 c) 4 x3 ( x)dx. Exercice 58. En utilisant la méthode des résidus, déterminer la somme des séries suivantes: a) k 2 + a, a. 2 k= ( ) k b) (k + a) 2, a Z. k= Exercice 59. Déterminer la fonction réelle causale f(t) dont la transformée de Laplace est F (z) = f(t)e zt dt = z, (Rez > ). Indication: utiliser la formule de Bromwich-Wagner: f(t) = 2πi σ+i σ i F (z)e zt dz, (t, σ > ). Exercice 6. Soit Ω un ouvert de C. ) Soit (f n ) une suite de fonctions holomorphes sur Ω qui converge uniformément sur tout compact de Ω vers une fonction f. Montrer que : a) f est holomorphe dans Ω. ( b) la suite des dérivées f (k) n ) convege uniformément sur tout compact de Ω vers f (k), k N. 2) Soit f n une série de fonctions holomorphes sur Ω. On suppose que cette série converge uniformément (resp. normalement) sur tout compact de Ω. Montrer que : a) la somme de cette série est holomorphe sur Ω. b) la série est dérivable terme à terme sur Ω. En outre, la série f n (k) converge uniformément (resp. normalement) sur tout compact de Ω. Exercice 6. Soit f n et f des fonctions holomorphes sur Ω C. Montrer qu il est équivalent de dire i) la suite (f n ) converge uniformément vers f sur tout compact de Ω. ii) lim n d n (f n, f) =.

A. Lesfari Exercice 62. Soit Ω un ouvert de C et soit O (Ω) l ensemble des fonctions holomorphes sur Ω. Montrer qu il n existe aucune norme dont la topologie est celle de O (Ω). Exercice 63. Soit f n une série de fonctions méromorphes sur un ouvert Ω de C. On suppose que cette série converge uniformément (resp. normalement) sur tout compact de Ω. Montrer que : ) la somme f de cette série est méromorphe sur Ω. 2) la série f n (k) converge uniformément (resp. normalement) sur tout compact de Ω et sa somme est f (k). Exercice 64. On considère la série n= (z n) 2. ) Montrer que cette série converge normalement sur tout compact de C. 2) On pose f (z) = (z n) 2. n= a) Montrer que f (z) est périodique de période. b) Montrer que les pôles de f (z) sont les entiers n Z, sont doubles et de résidu nul. c) Soit z = x + iy. Montrer que lim f (z) =, y uniformément par rapport à x. 3) Montrer que ( π ) 2 (z n) 2 =. sin πz n= Exercice 65. Soit f une fonction méromorphe de pôles: z, z 2, z 3,... et soit () g n (z) = p n k= a (n) k (z z n ) k, la partie principale du développement en série de Laurent de f au voisinaage de z n. Montrer que pour toute suite de points z n C tels que: lim n z n = et toute suite de fonctions g n de la forme (), il existe une fonction méromorphe f ayant pour seuls pôles les points z n et pour tout n, la partie principale g n.

A. Lesfari 2 2) Montrer que toute fonction méromorphe f peut-être développée en une série (2) f = h + (g n P n ), n= uniformément convergente sur tout compact, où h est une fonction entière, g n les parties principales de f et P n des polynômes. Soit C n = {z C : z = r n }, r < r 2 <..., lim n r n = une famille de cercles et soit f une fonction méromorphe. On suppose que sur C n, la fonction f croît moins vite que z n (c-à-d. il existe une constante A telle que: z C n, n N, on ait f (z) A z m ). Montrer qu on peut prendre dans le développement (2), P n et h des polynômes de degré m. Exercice 66. Soit (f n ) une suite de fonctions continues sur Ω C. Soit A une partie de Ω et posons f n = +u n. Montrer que le produit infini f n (z) converge normalement sur A si et seulement si la série u n converge normalement sur A. n= Exercice 67. Soit (f n ) une suite de fonctions holomorphes sur Ω C. On suppose que le produit infini f n converge normalement sur tout compact n= de Ω. Montrer que : ) f = f n est holomorphe sur Ω. 2) n= Z (f) = n Z (f n ), m Z (f) = n n= m Z (f n ), où Z (f) (resp. Z (f n )) désigne l ensemble des zéros de f (resp. f n ) et m Z (f) (resp.m Z (fn)) est l ordre de multiplicité du zéro de f (resp. f n ). 3) la série de fonctions méromorphes n= f n f n, converge normalement sur tout compact de Ω et sa somme est la dérivée logarithmique f f.

A. Lesfari 3 Exercice 68. Démontrer les formules : z + 2z = π cot g πz, z 2 n2 n= sin πz = πz ( z2 n= Exercice 69. Soit k un nombre complexe non nul de module k >. On se propose de déterminer les fonctions f méromorphes dans C = C\ {}, non identiquement nulles, qui possèdent la propriété suivante : il existe λ f C tel que pour tout z C on ait f (kz) = λ f f (z). ) Montrer que l ensemble E de ces fonctions est un groupe multiplicatif. 2) Si f est holomorphe et appartient à E, montrer que f est de la forme f (z) = αz n avec α C, n Z. 3) Montrer qu il existe des réels r tels que f n ait ni pôle ni zéro sur le bord de la couronne r z k r. Montrer que f a le même nombre de zéros que de pôles dans une telle couronne Ω r. 4) Montrer que les produits infinis p (z) = n= ( z k n ), q (z) = n 2 n= ). ( ) zk n convergent normalement sur tout compact de C. Montrer que ϕ (z) = p (z) q (z) est une fonction holomorphe dans C ayant pour zéros l ensemble = {k n } (n Z). 5) Soit f E et soit r R défini comme au 3). Dans Ω r, soient a,..., a p les zéros de f, b,..., b p ses pôles (distincts ou non). On pose ψ (z) = ϕ (z/a )...ϕ (z/a p ) ϕ (z/b )...ϕ (z/b p ). Montrer que l on a ψ E et qu il existe α C, n Z tels que f (z) = αz n ψ (z). 6) Conclusion.- Quelle est l expression des fonctions de E? Exercice 7. Soit f une fonction holomorphe sur C sauf en un nombre fini de points a, a 2,..., a n. Montrer que n k= Resf + Res f =. a k

A. Lesfari 4 Exercice 7. ) Soit τ un nombre complexe tel que : Im (τ) > et soit q = e πiτ. Montrer que la série + n= ( ) n q n2 e 2πniz, converge uniformément sur tout compact de C. 2) On désigne par ϑ la somme de cette série. Montrer que ϑ (z + ) = ϑ (z), ϑ (z + τ) = q e 2πiz ϑ (z). 3) Montrer que ϑ n est pas identiquement nulle. On pourra montrer par exemple que ϑ (x) 2 dx = + 2 + n= q n2. 4) Montrer que les nombres m + ( n + 2) τ sont des zéros de ϑ. 5) En évaluant l intégrale de la fonction ϑ /ϑ sur le contour d un parallélogramme de périodes bien choisi, montrer que ϑ n a pas d autre zéro. 6) Montrer que le produit infini (( q 2n e 2πiu) ( q 2n e 2πiu)), n= définit une fonction f (u) holomorphe dans le plan de la variable complexe u. 7) Quels sont les zéros de f? 8) Montrer que f/ϑ est doublement périodique et entière. 9) En déduire que f (u) = c.ϑ (u), où c est une constante. Exercice 72. La fonction gamma d Euler Γ (z), se définit par l intégrale Γ (z) = e t t z dt. Montrer que : ) La fonction Γ (z) est définie et holomorphe dans le demi-plan Res >. 2) La fonction Γ (z) vérifie la relation fonctionnelle suivante : (3) Γ (z + ) = zγ (z), Res >

A. Lesfari 5 ce qui imlique la relation de récurrence : Γ (n + ) = n!, n N. On peut prolonger la fonction Γ (z) au moyen de la formule (3), en une fonction holomorphe sur C\ { N}. 4) Graphe de Γ (z) pour z = x R. 5) Etablir la formule de Weierstrass : Γ (z + ) = ecz k= ( + z ) z e k. k 6) Posons z (z + ) (z + n) g n (z) = n z. n! Montrer que lorsque n, alors g n tend vers g (z) = Γ(z), uniformément sur tout compact de C. 7) Etablir la formule des compléments : Γ (z) Γ ( z) = π, z C\Z. sin πz Exercice 73. Montrer que l espace projectif complexe est une variété analytique. P n (C) = {[Z] Cn+ }, [Z] [λz] Exercice 74. Soit T n un tore complexe de dimension n c est-à-dire le produit direct de n cercles. Autrement dit, T n est le quotient C n /L de C n par un sous-groupe engendré par une base de C n. Montrer que T n est muni d une structure de variété analytique. Exercice 75. Soit G n,k, k n, une Grassmannienne complexe c est-àdire l ensemble des plans de dimension k de l espace C n passant par. G n,k peut être considéré comme espace des sphères de centre et de dimension k contenues dans la sphère S n, ces sphères correspondant biunivoquement aux sous-espaces vectoriels de dimension k de C n. Montrer que G n,k est une variété complexe analytique compacte et connexe de dimension (n k) k. Exercice 76. Soit Ω un ouvert de C n et soit O (Ω) l ensemble des fonctions holomorphes sur Ω. ) Montrer que l ensemble O (Ω) est une C-algèbre pour l addition, la multiplication des fonctions et la multiplication par les constantes complexes.

A. Lesfari 6 2) Soit f O (Ω). Montrer que si f(z), z Ω, alors f O (Ω). 3) Montrer que si Ω est connexe et si f est à valeurs réelles ou si f est constante, alors f est constante. Exercice 77. Soit D(a, r) = {(z,..., z n ) C n : z j a j < r j, j =,..., n}, un polydisque (de C n ) de centre a = (a,..., a n ) C n et de rayon r = (r,..., r n ) ( R +) n et soit D(a, r) = {(z,..., z n ) C n : z j a j = r j, j =,..., n}, le bord distingué de D(a, r). On désigne par O (D) C ( D ) l ensemble des fonctions holomorphes sur D et continues sur D. ) Soit f O (D) C ( D ). Montrer que (4) z D, f (z) = c k (z a) k, k = où k = (k,..., k n ) N n, k = k + + k n et c k = f (ζ) (2πi) n D (ζ a) k+ dζ. 2) En déduire que toute fonction f O (D) est analytique. 3) Soit f O (D). Montrer que f C (D), que ses dérivées sont holomorphes sur D et qu en outre, les coefficients c k de la série (4) sont donnés par c k = k f k! z k. z=a 4) Soit f O (D) C ( D ) et supposons que: f M sur D, M étant une constante. Montrer que où r k = r k... r kn n. c k M r k, Exercice 78. Soit X la surface de Riemann associée à l équation : w 2 = z 4, ) Quelles sont les points de branchements de X? Justifier la réponse et analyser le cas z =. 2) Montrer que X est un tore à 3 trous.

A. Lesfari 7 Exercice 79. Soit ( ω) et ω 2 deux nombres complexes différents de. On ω suppose que Im 2 ω > et on désigne par Ω le réseau ou sous-groupe discret de C engendré par ω et ω 2 : Ω = Zω + Zω 2 = { ω = mω + nω 2, (m, n) Z 2}. ) Montrer que toute fonction elliptique f (z) constante, possède des pôles. 2) Montrer que toute fonction elliptique a un nombre fini de pôles et de zéros dans Ω. 3) On désigne par a,..., a l : zéros de f de multiplicité respectivement n,..., n l. b,..., b m : pôles de f de multiplicité respectivement p,..., p m, et soit f une fonction elliptique ( constante) n ayant ni zéro, ni pôle sur Ω. Montrer que, dans Ω, on a m a) Resf =, b k k= l m b) n k = p k, c) k= k= l n k a k k= m p k b k = période, et interpréter ces résultats. k= 4) Montrer qu il existe deux fonctions elliptiques f (z) et g (z) quelconques de mêmes périodes ω et ω 2 une relation algébrique de la forme : P (f (z), g (z)) =, où P (Z, W ) est un polynôme en Z et W à coefficients constants. 5) En déduire que toute fonction elliptique f(z) satisfait à une équation différentielle de la forme P (f (z), f (z)) =, où P (Z, W ) est un polynôme en Z et W. Exercice 8. La fonction elliptique de Weierstrass est définie par (z) = z + { 2 (z ω) 2 }, ω 2 ω Ω\{} où Ω est le réseau défini dans l exercice précédent. ) Montrer que cette série converge normalement sur tout compact de C.

A. Lesfari 8 2) Montrer que : (z) est paire. (z) est doublement périodique. (z) est elliptique de périodes ω et ω 2. Les points ω Ω sont des pôles doubles de (z) dont le résidu est nul. 3) Montrer que la fonction (z) est solution dans Ω de l équation différentielle: où g 2 6 ( (z)) 2 = 4 ( (z)) 3 g 2 (z) g 3, ω Ω\{} ω, g 4 3 4 ω Ω\{} 4) Montrer que (z) a trois zéros en: ω 2, ω 2 2, ω +ω 2 et que 2 ( ω + ω 2 5) Montrer que En déduire que ( ω ) 2 ( ω2 ) 2 (u) + (v) + (u + v) = 4 (2z) = 4 2 ). ω 6. ( ) (u) 2 (v). (u) (v) ( ) 2 (z) 2 (z) (formule de duplication). (z) 6) Montrer que toute fonction elliptique f peut s écrire sous la forme f = F ( (z)) + (z) G ( (z)). 7) On suppose que: g 3 2 27g 2 3 où g 2 et g 3 sont définies dans c). Déterminer l intégrale elliptique dont l inverse est la fonction (z). 8) Montrer que l application C/Ω P 2 (C), z [ : (z) : (z)], z, [ : : ]. est un isomorphisme entre le tore complexe C/Ω et la courbe elliptique E d équation y 2 = 4x 3 g 2 x g 3, où g 2 et g 3 sont définies dans 3).

A. Lesfari 9 Exercice 8. Considérons f : C C, z w : w 2 = z (z ) (z λ), avec λ, λ. Il est clair que f n est pas une fonction. Construire (en justifiant) un domaine pour lequel f soit une fonction uniforme. Exercice 82. Quelle est la surface de Riemann C associée à l équation P (w, z) = w 2 + Q (z) w + =, où Q (z) est un polynôme en z de degré n. Déterminer une base (ω,..., ω g ) de différentielles holomorphes sur la surface de Riemann C, g étant le genre de C. Exercice 83. Soient D et D deux domaines de P (C) = C { }. ) Montrer que C et le disque ouvert {z C : z < } ne sont pas isomorphes mais sont homéomorphes. 2) Montrer que les automorphismes de D forme un groupe. 3) Montrer que le groupe des automorphismes de C est Γ (C) = {z az + b, a }, et prouver que ce groupe est transitif; le sous-groupe d isotropie de est {z az, a }. 4) Considérons les transformations homographiques (5) z w = az + b cz + d, où (a, b, c, d C) et ad bc. a) Montrer que (5) peut-être considérée comme le produit de transformations telles que: translation, rotation, homothétie et inversion. b) Montrer que les transformations (5) forment un groupe G d automorphismes de P (C) qui est transitif et qu en outre 5) On considère le demi-plan Γ ( P (C) ) = G. P + = {z C : Imz = y > }, et le disque unité D (, ) = {z C : z < }.

A. Lesfari 2 Démontrer les assertions suivantes : a) On obtient un isomorphisme de P + sur D (, ) en posant w = z i z + i. b) On obtient un automorphisme de D (, ) en posant ( ) z w = e iθ z, θ R, z <. z z Que peut-on dire du groupe Γ (D (, ))? c) On obtient un automorphisme de P + en posant w = az + b, (a, b, c, d R), ad bc =. cz + d Que peut-on dire du groupe Γ (P + )? 6) Montrer que tout ouvert simplement connexe de C, distinct de C, est isomorphe au disque D (, ). Exercice 84. Soit le système d équations différentielles dans le domaine complexe w = f (z, w,..., w n ),. w n = f n (z, w,..., w n ). Chercher des conditions pour que le système ci-dessus possède une solution unique. Justifier votre analyse du problème. Exercice 85. Soit l équation différentielle d ordre n d n w dz n = f ( z, w, w,..., w (n )), où f est une fonction holomorphe (de n + variables) dans un voisinage d un point (z, a,..., a n ). On cherche une solution w (z) de cette équation satisfaisant aux conditions initiales w (z ) = a, w (z ) = a,... w (n ) (z ) = a n. Montrer que sous ces conditions, l équation précédente possède une solution unique.

A. Lesfari 2 Exercice 86. Soit l équation différentielle w (n) + p (z) w (n ) + + p n (z) w + p n (z) w =, où p (z),..., p n (z) sont des fonctions holomorphes dans un domaine D. Montrer que cette équation possède une solution unique holomorphe dans D. Exercice 87. Soit l équation différentielle de second ordre w + p (z) w + q (z) w =. Supposons que z = ξ est un point singulier fuchien et soit α, α 2 les racines de l équation aux indices : avec α (α ) + a α + b =, a = lim z ξ (z ξ) p (z), b = lim z ξ (z ξ) 2 q (z). a) Montrer que si α α 2 / Z, l équation différentielle précédente possède deux solutions linéairement indépendantes : w = (z ξ) α w 2 = (z ξ) α 2 c n (z ξ) n, c, n= c n (z ξ) n, c. n= b) Montrer que si α α 2 Z, l équation différentielle précédente possède deux solutions linéairement indépendantes : w = (z ξ) α c n (z ξ) n, c, n= w 2 = [A ln (z ξ) + ϕ (z)] w, avec Reα Reα 2, A désignant une constante et ϕ (z) une fonction pouvant admettre z = ξ pour pôle. Exercice 88. On considère l équation différentielle suivante 2z 2 w + zw ( + z 2) w =.

A. Lesfari 22 ) Quels sont les points singuliers de cette équation? Déterminer, parmi ceux-ci, ceux qui sont fuchsiens. 2) En vertu de l exercice précédent, l équation possède au voisinage de l origine deux solutions linéairement indépendantes de la forme w = z α c n z n, w 2 = z α 2 n= c nz n. Déterminer les valeurs de α, α 2. 3) Déterminer les suites {c n }, {c n} (en prenant c =, c = ). Exercice 89. Quels sont les points singuliers des équations différentielles w + n= z (z + 2) w + z 2 w =, w + z 4 w + z 2 w =. Déterminer, parmi ceux-ci, ceux qui sont fuchsiens. Exercice 9. Etudier en détail l équation hypergéométrique de Gauss où a, b, c sont des constantes. z ( z) w + [c ( + a + b) z] w abw =, Exercice 9. Même question pour l équation de Bessel où ν est une constante. z 2 w + zw + ( z 2 ν 2) w =,