Série trigonométrique

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Une série trigonométrique est une suite particulière de polynômes trigonométriques. La série possède une fréquence fondamentale f, et on somme successivement des fonctions trigonométriques de fréquence n.f pour des valeurs entières de n.

Le terme d'ordre n de la série a donc la forme suivante

$S_n = \sum_{p=-n}^n c_p \exp \left(i \frac{2p\pi}{T} x\right)~$

si on travaille avec des notations complexes. Mais on utilise aussi couramment

$S_n = \sum_{p=0}^n a_p \cos \left( \frac{2p\pi}{T} x\right)+ \sum_{p=1}^n b_p \sin \left( \frac{2p\pi}{T} x\right)~$

si on a une série trigonométrique à valeurs réelles

L'exemple le plus classique de série trigonométrique est la série de Fourier associée à une fonction périodique intégrable.

[modifier] Théorème d'unicité de Cantor

On doit à Georg Cantor le théorème d'unicité pour les séries trigonométriques, prouvé en 1870.

Théorème : si une série trigonométrique converge en tout point vers la fonction nulle, alors tous ses coefficients sont nuls. Ainsi deux séries trigonométriques qui ont la même limite simple ont les mêmes coefficients.

Cantor a lui-même étendu son résultat, le rendant valable lorsqu'il y a convergence en tout point sauf un nombre fini. (C'est d'ailleurs en cherchant à généraliser ce résultat que Cantor sera amené à introduire la notion de nombre ordinal).

D'autres extensions ont suivi. On appelle ensemble d'unicité un sous-ensemble de la droite réelle, défini modulo 2π, sur lequel le résultat d'unicité de Cantor s'étend.

en 1909, Young démontre que les ensembles dénombrables sont des ensembles d'unicité
on sait depuis leur définition par Lebesgue que les ensembles dont la mesure de Lebesgue est positive n'en sont pas
en 1916, Menchoff donne un exemple d'ensemble de mesure nulle qui n'est pas un ensemble d'unicité
de nombreux résultats plus précis se sont ajoutés depuis

Ce théorème est très proche, mais ne se confond pas avec le théorème d'injectivité des coefficients de Fourier : deux fonctions continues, périodiques, ont les mêmes coefficients de Fourier. Voir l'article série de Fourier.