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...@@ -2189,7 +2189,7 @@ Exemple (Espaces vectoriels) +.# ...@@ -2189,7 +2189,7 @@ Exemple (Espaces vectoriels) +.#
\end{aligned}$$ \end{aligned}$$
5. Espace des applications linéaires. Soit $f$ une fonction de 5. Espace des applications linéaires. Soit $f$ une fonction de
$f:W\rightarrow V$, avec $W,V\in E$ des espaces vectoriels, alors $f:W\rightarrow V$, avec $W,V$ des espaces vectoriels sur $E$, alors
une application est dite linéaire si $$\begin{aligned} une application est dite linéaire si $$\begin{aligned}
&f(x+y)=f(x)+f(y),\quad \forall x,y\in W,\\ &f(x+y)=f(x)+f(y),\quad \forall x,y\in W,\\
&f(\alpha \cdot x)=\alpha \cdot f(x),\quad \forall \alpha\in E,\ \mbox{et}\ x\in W. &f(\alpha \cdot x)=\alpha \cdot f(x),\quad \forall \alpha\in E,\ \mbox{et}\ x\in W.
...@@ -2197,23 +2197,23 @@ Exemple (Espaces vectoriels) +.# ...@@ -2197,23 +2197,23 @@ Exemple (Espaces vectoriels) +.#
### Base ### Base
Nous avons introduit la notion très générale d’espace vectorielle et Nous avons introduit la notion très générale d’espace vectoriel et
nous avons présenté quelques exemples. Reprenons l’exemple de l’espace nous avons présenté quelques exemples. Reprenons l’exemple de l’espace
Euclidien, soit l’espace des vecteurs comme vous en avez l’habitude. Euclidien, soit l’espace des vecteurs comme vous en avez l’habitude.
Limitons nous au cas où les vecteur sont bidimensionnels, soit Limitons nous au cas où les vecteur sont bidimensionnels, soit
$v=(v_1,v_2)$ avec $v_1,v_2\in{\real}$. D’habitude ces vecteurs $v=(v_1,v_2)$ avec $v_1,v_2\in{\real}$. D’habitude ces vecteurs
sont représentés dans le système de coordonnées cartésien où on a deux sont représentés dans le système de coordonnées cartésien où on a deux
vecteurs (de base) définis comme $e_1=(1,0)$ et $e_2=(0,1)$ qui sont vecteurs (de base) définis comme $e_1=(1,0)$ et $e_2=(0,1)$ qui sont
implicites. Par exemple, si $u=(4,5)$ cela signifie implicitement qu’on implicites. Par exemple, si $u=(4,5)$ cela signifie implicitement que
a $$u=4\cdot e_1+5\cdot e_2.$$ $$u=4\cdot e_1+5\cdot e_2.$$
![Le vecteur $v$ dans la représentation ![Le vecteur $v$ dans la représentation
cartésienne.](figs/baseCart.pdf){#fig:baseCart width="35.00000%"} cartésienne.](figs/baseCart.pdf){#fig:baseCart width="35.00000%"}
De façon générale le vecteur $v=(v_1,v_2)$ est représenté implicitement De façon générale tout vecteur $v=(v_1,v_2)$ est représenté implicitement
par (voir la @fig:baseCart) $$v=v_1\cdot e_1+v_2\cdot e_2.$$ On par (voir la @fig:baseCart) $$v=v_1\cdot e_1+v_2\cdot e_2.$$ On
dit que $e_1$ et $e_2$ forme une *base* de l’espace ${\real}^2$. En dit que $e_1$ et $e_2$ forme une *base* de l’espace ${\real}^2$. En
d’autre terme n’importe quel vecteur $v\in{\real}^2$ peut être d’autres termes n’importe quel vecteur $v\in{\real}^2$ peut être
exprimé comme une combinaison linéaire de $e_1$ et $e_2$. exprimé comme une combinaison linéaire de $e_1$ et $e_2$.
Néanmoins, le choix de la base $e_1$ et $e_2$ est totalement arbitraire. Néanmoins, le choix de la base $e_1$ et $e_2$ est totalement arbitraire.
...@@ -2261,7 +2261,7 @@ Exemple (Famille libre) +.# ...@@ -2261,7 +2261,7 @@ Exemple (Famille libre) +.#
${\real}^2$. En effet, ${\real}^2$. En effet,
$$1\cdot e_1+1\cdot e_2-1\cdot v=(0,0).$$ $$1\cdot e_1+1\cdot e_2-1\cdot v=(0,0).$$
4. $\{\sin(x),\cos(x)\}$ est une famille libre. On em peut pas écrire 4. $\{\sin(x),\cos(x)\}$ est une famille libre. On ne peut pas écrire
$\sin(x)=\alpha\cos(x)+\beta$. Il n’y a pas de relation linéaire qui $\sin(x)=\alpha\cos(x)+\beta$. Il n’y a pas de relation linéaire qui
relie les deux. La relation est non-linéaire relie les deux. La relation est non-linéaire
$\sin(x)=\sqrt{1-\cos^2(x)}$. $\sin(x)=\sqrt{1-\cos^2(x)}$.
...@@ -2276,8 +2276,8 @@ linéaire des vecteur $e_i$. ...@@ -2276,8 +2276,8 @@ linéaire des vecteur $e_i$.
Illustration (Familles génératrices) +.# Illustration (Familles génératrices) +.#
1. $\{e_1\}$ n’est une famille génératrice de ${\real}^2$. On ne 1. $\{e_1\}$ n’est pas une famille génératrice de ${\real}^2$. On ne
peut pas représenter tous les vecteurs de la forme $v=(0,v_2)$, peut pas représenter les vecteurs de la forme $v=(0,v_2)$,
$v_2\neq 0$. $v_2\neq 0$.
2. $\{e_1,e_2\}$ est une famille génératrice de ${\real}^2$. 2. $\{e_1,e_2\}$ est une famille génératrice de ${\real}^2$.
...@@ -2346,7 +2346,7 @@ problèmes physiques existant et qui ont des contraintes particulières. ...@@ -2346,7 +2346,7 @@ problèmes physiques existant et qui ont des contraintes particulières.
Nous allons considérer une fonction $f(t)$ qui est une fonction Nous allons considérer une fonction $f(t)$ qui est une fonction
périodique, de période $T$, de pulsation $\omega=2\pi/T$ et de fréquence périodique, de période $T$, de pulsation $\omega=2\pi/T$ et de fréquence
$\nu=1/T$. Ce genre de fonction a la propriété suivante $\nu=1/T$. La périodicité signifie que
$$f(t+T)=f(t),\quad \forall t.$$ Nous cherchons à décomposer $f$ en un $$f(t+T)=f(t),\quad \forall t.$$ Nous cherchons à décomposer $f$ en un
ensemble potentiellement infini de fonctions périodiques. Notons cet ensemble potentiellement infini de fonctions périodiques. Notons cet
ensemble de fonctions $\{g_j\}_{j=0}^\infty$, où $g_j$ est une fonction ensemble de fonctions $\{g_j\}_{j=0}^\infty$, où $g_j$ est une fonction
...@@ -2371,35 +2371,35 @@ deux degrés de libertés des sinus dont la période est imposée, soit ...@@ -2371,35 +2371,35 @@ deux degrés de libertés des sinus dont la période est imposée, soit
l’amplitude $A_j$ et la phase $\phi_j$. On va donc écrire $f(t)$ comme l’amplitude $A_j$ et la phase $\phi_j$. On va donc écrire $f(t)$ comme
$$f(t)=\sum_{j=0}^\infty A_j\sin(j\omega t+\phi_j).$${#eq:sin_phase_ampl} $$f(t)=\sum_{j=0}^\infty A_j\sin(j\omega t+\phi_j).$${#eq:sin_phase_ampl}
Cette forme n’est pas pratique du tout comme décomposition, en Cette forme n’est pas pratique du tout comme décomposition, en
particulier à cause de la phase $\phi_j$. On utilise donc la relation particulier à cause de la phase $\phi_j$. On utilise alors la relation
trigonométrique (déjà utilisée pour interpréter le produit de deux trigonométrique (déjà utilisée pour interpréter le produit de deux
nombres complexes) nombres complexes)
$$\sin(\theta+\phi)=\sin(\theta)\cos(\phi)+\cos(\theta)\sin(\phi).$$ Il $$\sin(\theta+\phi)=\sin(\theta)\cos(\phi)+\cos(\theta)\sin(\phi).$$ Il
vient donc $$\begin{aligned} vient $$\begin{aligned}
f(t)=\sum_{j=0}^\infty A_j\left(\sin(j\omega t)\cos(\phi_j)+\cos(j\omega t)\sin(\phi_j)\right).\end{aligned}$$ f(t)=\sum_{j=0}^\infty A_j\left(\sin(j\omega t)\cos(\phi_j)+\cos(j\omega t)\sin(\phi_j)\right).\end{aligned}$$
En renommant $$\begin{aligned} En renommant $$\begin{aligned}
a_j&\equiv A_j\cos(\phi_j),\\ a_j&\equiv A_j\cos(\phi_j),\\
b_j&\equiv A_j\sin(\phi_j),\end{aligned}$$ on obtient b_j&\equiv A_j\sin(\phi_j),\end{aligned}$$ on obtient
$$f(t)=\sum_{j=0}^\infty \left(a_j\sin(j\omega t)+b_j\cos(j\omega t)\right). $${#eq:decomp_sincos} $$f(t)=\sum_{j=0}^\infty \left(a_j\sin(j\omega t)+b_j\cos(j\omega t)\right). $${#eq:decomp_sincos}
On a donc transformé une équation où on devait déterminer une amplitude On a ainsi transformé une équation où on devait déterminer une amplitude
et une phase, ce qui est très compliqué, en une autre équation où on et une phase, ce qui est plutôt compliqué, en une autre équation où on
doit déterminer uniquement deux amplitude. Par ailleurs, comme $\cos$ et doit déterminer uniquement deux amplitude. Par ailleurs, comme $\cos$ et
$\sin$ sont indépendants, on peut calculer les $a_j$ et $b_j$ de façon $\sin$ sont indépendants, on peut calculer les $a_j$ et $b_j$ de façon
également indépendantes. également indépendantes.
Nous voulons donc à présent calculer $a_n$ et $b_n$ pour avoir les Nous voulons à présent calculer $a_n$ et $b_n$ pour avoir les
coordonnées de $f$ dans la base des $\sin$ et des $\cos$. Pour ce faire, coordonnées de $f$ dans la base des $\sin$ et des $\cos$. Pour ce faire,
on va tenter de trouver les amplitudes $a_j,b_j$ tels que les nous allons tenter de trouver les amplitudes $a_j,b_j$ tels que les
$a_j\cos(j\omega t)$ et $b_j\sin(j\omega t)$ approximent au mieux la $a_j\cos(j\omega t)$ et $b_j\sin(j\omega t)$ approximent au mieux la
fonction $f$. fonction $f$.
On va donc considérer les fonctions d’erreur suivantes Nous allons considérer les fonctions d’erreur suivantes
$$E^s_j=\int_0^T(f(t)-a_j\sin(j\omega t))^2{\mathrm{d}}t,\quad E^c_j=\int_0^T(f(t)-b_j\cos(j\omega t))^2{\mathrm{d}}t.$$ $$E^s_j=\int_0^T(f(t)-a_j\sin(j\omega t))^2{\mathrm{d}}t,\quad E^c_j=\int_0^T(f(t)-b_j\cos(j\omega t))^2{\mathrm{d}}t.$$
Puis on va déterminer $a_j,b_j$ tels que $E_j^s$ et $E_j^c$ sont Puis on va déterminer $a_j,b_j$ tels que $E_j^s$ et $E_j^c$ sont
minimales. Pour ce faire on va utiliser les dérivées et déterminer nos minimales. Pour ce faire on va utiliser les dérivées et déterminer nos
coefficients en résolvant les équations coefficients en résolvant les équations
$${\frac{{\mathrm{d}}E^s_j}{{\mathrm{d}}b_j}}=0,$${#eq:deriv_bj} $${\frac{{\mathrm{d}}E^s_j}{{\mathrm{d}}a_j}}=0,$${#eq:deriv_aj}
$${\frac{{\mathrm{d}}E^c_j}{{\mathrm{d}}a_j}}=0.$${#eq:deriv_aj} $${\frac{{\mathrm{d}}E^c_j}{{\mathrm{d}}b_j}}=0.$${#eq:deriv_bj}
Pour l'@eq:deriv_aj, on a $$\begin{aligned} Pour l'@eq:deriv_aj, on a $$\begin{aligned}
{\frac{{\mathrm{d}}E^c_j}{{\mathrm{d}}b_j}}&={\frac{{\mathrm{d}}\int_0^T(f(t)-b_j\cos(j\omega t))^2{\mathrm{d}}t}{{\mathrm{d}}b_j}},\nonumber\\ {\frac{{\mathrm{d}}E^c_j}{{\mathrm{d}}b_j}}&={\frac{{\mathrm{d}}\int_0^T(f(t)-b_j\cos(j\omega t))^2{\mathrm{d}}t}{{\mathrm{d}}b_j}},\nonumber\\
&=\underbrace{{\frac{{\mathrm{d}}(\int_0^Tf^2(t){\mathrm{d}}t)}{{\mathrm{d}}b_j}}}_{=0}+{\frac{{\mathrm{d}}(b_j^2\int_0^T(\cos^2(j\omega t){\mathrm{d}}t))}{{\mathrm{d}}b_j}}-{\frac{{\mathrm{d}}(2b_j\int_0^T(f(t)\cos(j\omega t){\mathrm{d}}t))}{{\mathrm{d}}b_j}},\nonumber\\ &=\underbrace{{\frac{{\mathrm{d}}(\int_0^Tf^2(t){\mathrm{d}}t)}{{\mathrm{d}}b_j}}}_{=0}+{\frac{{\mathrm{d}}(b_j^2\int_0^T(\cos^2(j\omega t){\mathrm{d}}t))}{{\mathrm{d}}b_j}}-{\frac{{\mathrm{d}}(2b_j\int_0^T(f(t)\cos(j\omega t){\mathrm{d}}t))}{{\mathrm{d}}b_j}},\nonumber\\
...@@ -2464,7 +2464,7 @@ $$f(t)=\sum_{j=-\infty}^\infty c_je^{ij\omega t}.$$ En multipliant cette ...@@ -2464,7 +2464,7 @@ $$f(t)=\sum_{j=-\infty}^\infty c_je^{ij\omega t}.$$ En multipliant cette
relation par $\frac{1}{T}e^{-ik\omega t}$ et en intégrant entre relation par $\frac{1}{T}e^{-ik\omega t}$ et en intégrant entre
$-\frac{T}{2}$ et $\frac{T}{2}$, on obtient $-\frac{T}{2}$ et $\frac{T}{2}$, on obtient
$$\frac{1}{T}\int_{-\frac{T}{2}}^{\frac{T}{2}}f(t)e^{-ik\omega t}{\mathrm{d}}t=\frac{1}{T}\sum_{j=-\infty}^\infty c_j\int_{-\frac{T}{2}}^{\frac{T}{2}}e^{ij\omega t}e^{-ik\omega t}{\mathrm{d}}t.$$ $$\frac{1}{T}\int_{-\frac{T}{2}}^{\frac{T}{2}}f(t)e^{-ik\omega t}{\mathrm{d}}t=\frac{1}{T}\sum_{j=-\infty}^\infty c_j\int_{-\frac{T}{2}}^{\frac{T}{2}}e^{ij\omega t}e^{-ik\omega t}{\mathrm{d}}t.$$
Pour évaluer le membre de droite de cette équation nous transformer les Pour évaluer le membre de droite de cette équation nous transformons les
exponentielles en sinus/cosinus. L’intégrale du membre de droite devient exponentielles en sinus/cosinus. L’intégrale du membre de droite devient
$$\begin{aligned} $$\begin{aligned}
\int_{-\frac{T}{2}}^{\frac{T}{2}}e^{ij\omega t}e^{-ik\omega t}{\mathrm{d}}t&=\int_{-\frac{T}{2}}^{\frac{T}{2}}\left(\cos(j\omega t)+i\sin(j\omega t)\right)\left(\cos(-k\omega t)+i\sin(-k\omega t)\right){\mathrm{d}}t,\nonumber\\ \int_{-\frac{T}{2}}^{\frac{T}{2}}e^{ij\omega t}e^{-ik\omega t}{\mathrm{d}}t&=\int_{-\frac{T}{2}}^{\frac{T}{2}}\left(\cos(j\omega t)+i\sin(j\omega t)\right)\left(\cos(-k\omega t)+i\sin(-k\omega t)\right){\mathrm{d}}t,\nonumber\\
......
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