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...@@ -2856,8 +2856,7 @@ Comme on l’a vu précédemment, les nombres complexes peuvent se voir ...@@ -2856,8 +2856,7 @@ Comme on l’a vu précédemment, les nombres complexes peuvent se voir
comme une “notation” de ${\real}^2$. On peut ainsi les représenter comme une “notation” de ${\real}^2$. On peut ainsi les représenter
sur un plan bidimensionnel (voir la @fig:complexPlane). sur un plan bidimensionnel (voir la @fig:complexPlane).
![Représentation du nombre complexe ![Représentation du nombre complexe $z=a+ib$.](figs/complexPlane.svg){#fig:complexPlane width="35.00000%"}
$z=a+ib$.](figs/complexPlane.svg){#fig:complexPlane width="35.00000%"}
La somme de deux nombres complexes s’interprête également facilement de La somme de deux nombres complexes s’interprête également facilement de
façon graphique. On peut le voir sur la @fig:complexPlaneSum. façon graphique. On peut le voir sur la @fig:complexPlaneSum.
...@@ -3223,39 +3222,39 @@ $$\sin(\theta+\phi)=\sin(\theta)\cos(\phi)+\cos(\theta)\sin(\phi).$$ Il ...@@ -3223,39 +3222,39 @@ $$\sin(\theta+\phi)=\sin(\theta)\cos(\phi)+\cos(\theta)\sin(\phi).$$ Il
vient $$\begin{aligned} vient $$\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\sin(\phi_j),\\
b_j&\equiv A_j\sin(\phi_j),\end{aligned}$$ on obtient b_j&\equiv A_j\cos(\phi_j),\end{aligned}$$ 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} $$f(t)=\sum_{j=0}^\infty \left(a_j\cos(j\omega t)+b_j\sin(j\omega t)\right). $${#eq:decomp_sincos}
On a ainsi 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 plutôt 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 à présent calculer $a_n$ et $b_n$ pour avoir les Nous voulons à présent calculer $a_j$ et $b_j$ 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,
nous allons 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 $f$.
Nous allons considérer les fonctions d’erreur suivantes Nous allons considérer les fonctions d’erreur suivantes
$$E^s_j=\int_0^T(f(t)-a_j\sin(j\omega t))^2{\mathrm{d}}t,\quad E^c_j=\int_0^T(f(t)-b_j\cos(j\omega t))^2{\mathrm{d}}t.$$ $$E^s_j=\int_0^T(f(t)-b_j\sin(j\omega t))^2{\mathrm{d}}t,\quad E^c_j=\int_0^T(f(t)-a_j\cos(j\omega t))^2{\mathrm{d}}t.$$
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
$${\frac{{\mathrm{d}}E^s_j}{{\mathrm{d}}a_j}}=0,$${#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} $${\frac{{\mathrm{d}}E^s_j}{{\mathrm{d}}b_j}}=0,$${#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}}a_j}}&={\frac{{\mathrm{d}}\int_0^T(f(t)-a_j\cos(j\omega t))^2{\mathrm{d}}t}{{\mathrm{d}}a_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}}a_j}}}_{=0}+{\frac{{\mathrm{d}}(a_j^2\int_0^T(\cos^2(j\omega t){\mathrm{d}}t))}{{\mathrm{d}}a_j}}-{\frac{{\mathrm{d}}(2a_j\int_0^T(f(t)\cos(j\omega t){\mathrm{d}}t))}{{\mathrm{d}}a_j}},\nonumber\\
&=2b_j\int_0^T\cos^2(j\omega t){\mathrm{d}}t-2\int_0^Tf(t)\cos(j\omega t){\mathrm{d}}t,\nonumber\\ &=2a_j\int_0^T\cos^2(j\omega t){\mathrm{d}}t-2\int_0^Tf(t)\cos(j\omega t){\mathrm{d}}t,\nonumber\\
&=2b_j\frac{T}{2}-2\int_0^T\cos(j\omega t)f(t){\mathrm{d}}t.\end{aligned}$$ &=2a_j\frac{T}{2}-2\int_0^T\cos(j\omega t)f(t){\mathrm{d}}t.\end{aligned}$$
Finalement on obtient Finalement on obtient
$$b_j=\frac{2}{T}\int_0^T\cos(j\omega t)f(t){\mathrm{d}}t.$$ Pour $a_j$ $$a_j=\frac{2}{T}\int_0^T\cos(j\omega t)f(t){\mathrm{d}}t.$$ Pour $a_j$
on a de façon similaire on a de façon similaire
$$a_j=\frac{2}{T}\int_0^T\sin(j\omega t)f(t){\mathrm{d}}t.$$ En $$b_j=\frac{2}{T}\int_0^T\sin(j\omega t)f(t){\mathrm{d}}t.$$ En
particulier si $j=0$, on a particulier si $j=0$, on a
$$a_0=0,\quad b_0=\frac{2}{T}\int_0^T f(t){\mathrm{d}}t.$$ On constate $$b_0=0,\quad a_0=\frac{2}{T}\int_0^T f(t){\mathrm{d}}t.$$ On constate
que $b_0/2$ correspond à la valeur moyenne de $f(t)$ dans $[0,T]$. Cela que $b_0/2$ correspond à la valeur moyenne de $f(t)$ dans $[0,T]$. Cela
permet d’approximer des fonctions dont la valeur moyenne n’est pas nulle permet d’approximer des fonctions dont la valeur moyenne n’est pas nulle
(les sinus et cosinus ont toujours des moyennes nulles). (les sinus et cosinus ont toujours des moyennes nulles).
...@@ -3300,9 +3299,9 @@ somme de façon plus concise à l’aide des nombres complexes ...@@ -3300,9 +3299,9 @@ somme de façon plus concise à l’aide des nombres complexes
($e^{i\theta}=\cos\theta+i\cdot\sin\theta$). Effectivement cette ($e^{i\theta}=\cos\theta+i\cdot\sin\theta$). Effectivement cette
réécriture est possible. Pour ce faire il faut définir de nouveaux réécriture est possible. Pour ce faire il faut définir de nouveaux
coefficients $c_n$, $$c_n=\left\{\begin{array}{ll} coefficients $c_n$, $$c_n=\left\{\begin{array}{ll}
\frac{b_n+ia_n}{2}, & \mbox{ si }n<0\\ \frac{a_n+ib_n}{2}, & \mbox{ si }n<0\\
\frac{b_0}{2}, & \mbox{ si }n=0\\ \frac{a_0}{2}, & \mbox{ si }n=0\\
\frac{b_n-ia_n}{2}, & \mbox{ si }n>0 \frac{a_n-ib_n}{2}, & \mbox{ si }n>0
\end{array}\right.$$ Avec cette notation, on peut \end{array}\right.$$ Avec cette notation, on peut
réécrire l'@eq:decomp_sincos (exercice) comme réécrire l'@eq:decomp_sincos (exercice) comme
$$f(t)=\sum_{j=-\infty}^\infty c_je^{ij\omega t}.$$ En multipliant cette $$f(t)=\sum_{j=-\infty}^\infty c_je^{ij\omega t}.$$ En multipliant cette
......
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