Analyse I / FLIPPED

EPFL Botafogo

10.6 Composition de DL

Supposons qu’on veuille un d’une fonction autour d’un point , et que cette fonction soit en fait une composée: On supposera, pour simplifier l’exposition, que les fonctions et possèdent des dérivées de tous les ordres.
Informel 10.6.A priori, on pourrait utiliser la formule de Taylor, qui permet d’obtenir un développement limité pour en passant par les dérivées . Mais puisque est une composée, le calcul de , pour grand, risque bien d’être compliqué...

10.6.1 Cas simples

Voyons un exemple simple de composée dans lequel on peut éviter de passer par le calcul des grandes dérivées de .
Exemple 10.12.
Fixons un entier , grand, et cherchons un de autour de . Cette fonction peut s’écrire Pour , on a déjà calculé le autour de , . Comme est proche de lorsque est proche de , on peut l’injecter directement dans le de , ce qui donne le de : Si on regarde le reste de plus près, où on a posé , qui tend bien vers zéro lorsque .
On a donc
On peut utiliser une idée semblable pour des développements qui ne sont pas forcément autour de :
Exemple 10.13.
Soit Cherchons un de autour de . Ici aussi, on pourrait facilement calculer les dérivées de d’ordre quelconque (voir plus bas), mais on peut aussi récrire en utilisant le fait qu’on l’étudie autour de : et . Quand est proche de , est proche de zéro; on peut donc directement injecter dans le de : Remarquons que l’on tombe bien ce qu’on aurait trouvé en passant par la formule de Taylor. En effet, si , alors et donc

10.6.2 Cas plus compliqués

Dans les deux exemples ci-dessus, était un petit polynôme, que l’on a pu directement injecter dans le de , pour obtenir le de . Que faire, alors, si n’est plus un polynôme?
Informel 10.7.Par exemple, comment calculer un de autour de ? L’idée est que l’on connaît le de pour autour de zéro: Comme est petit lorsque est proche de , on aimerait utiliser cette expression pour : Cette jolie formule est correcte, mais ce n’est pas un développement limité (“polynômereste”)! Donc ce qu’on pourrait faire ensuite, c’est utiliser le du sinus et l’injecter dans cette expression...
Théorème 10.2.
Soient
  1. une fonction possédant un autour de , et
  2. une fonction possédant un autour de .
Alors possède un autour de , dont la partie principale s’obtient comme suit: on injecte la partie principale du développement de dans la partie principale du développement de , on développe, et on ne garde que les termes qui sont des puissances de plus petites ou égales à .
Proof
Nous omettons la preuve, en reconnaissant qu’elle représente un calcul assez fastidieux, qui pourtant ne représente aucune difficulté particulière. (Il s’agit en gros de savoir développer les puissances d’un polynôme, et de regrouper correctement les termes, pour voir tout ce qui part dans le reste.)

Informel 10.8.Ce qui est pratique, dans ce procédé, c’est qu’on peut se concentrer uniquement sur les parties principales, on n’a pas besoin de regarder les restes de trop près!
Exemple 10.14.
Cherchons le de autour de . On commence par identifier la composition: , où , . Prenons un pour , et un pour : Maintenant, on injecte la partie principale du du sinus dans la partie principale du du logarithme, on développe, on regroupe les puissances en ordre croissant, et on ne garde que les puissances : Donc le de autour de est donné par
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