Integrale Sphérique

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Mathusalem
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Integrale Sphérique

par Mathusalem » 23 Jan 2012, 15:26

Bonjour,

Je dois résoudre l'intégrale suivante :

avec et ou * est le conjugué complexe.

L'integrale est à faire sur tout R3. Ainsi, en multipliant par j'obtiens en insérant la définition de





Je regroupe pour obtenir (j'ommets le facteur A)



étant l'angle entre mes deux vecteurs. J'oriente mon axe z relatif au repère sphérique de telle manière à le coucher sur . Ainsi, l'angle entre et coincide avec l'angle usuel du repère sphérique. Je pose et je transforme alors l'intégrale en



Je dois arriver au résultat : L'intégrale vaut

Néanmoins, quelle que soit la manière dont j'essaye d'intégrer (1), j'obtiens un truc qui diverge. Voyez-vous une faute ?



Doraki
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par Doraki » 23 Jan 2012, 17:49

Ton truc n'est pas absolument intégrable (en valeur absolue tu intègres un truc qui ressemble à 1/||r|| d3r, qui diverge)
Du coup les changements de coordonnées peuvent peut-être changer la valeur de l'intégrale (ainsi que son intégrabilité).
(par exemple t'as certainement des trucs qui divergent si tu échanges l'ordre d'intégration à la fin)

Là bah commence déjà par simplifier tes intégrales de e^(truc*cos(t))*sin(t)*dt.
Si tu obtiens une expression en r intégrable, tant mieux.
Sinon c'est que tu n'as peut-être pas fait le bon changement de variable, et dans ce cas peut-être que tu devrais changer l'origine de ton repère sphérique (à première vue soit on prend l'origine en 0, soit on prend l'origine en r')


Bon à la reflexion ça te donne un truc du genre intégrale sur R+ de A*sin(B*x)dx.
Ce n'est pas intégrable mais ça oscille gentiment autour d'une certaine valeur, et si je devais choisir, c'est cette valeur moyenne que je prendrais.

Mathusalem
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par Mathusalem » 24 Jan 2012, 09:13

J'étais pas au courant que quand une fonction n'était pas absolument intégrable, un changement de variable peut changer la valeur et l'intégrabilité de la fonction.
J'vais te faire confiance et tenter d'autres changements encore, mais je ne comprends pas

Doraki a écrit: Du coup les changements de coordonnées peuvent peut-être changer la valeur de l'intégrale (ainsi que son intégrabilité).


Chaque changement de variable, par des considérations comme celles que tu fais sur la fonction lentement oscillante et sa moyenne, ne devrait-il pas donner la même valeur de l'intégrale ?

Autrement j'ai l'impression de faire n'importe quoi. Cette intégrale représente le potentiel electrostatique d'un nuage d'électrons sur 1 électron de ce nuage. Je n'arrive pas à m'imaginer que dans ce cas, sa valeur change selon mon choix d'intégration.

Merci de l'aide

Doraki
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par Doraki » 24 Jan 2012, 13:08

Plusieurs exemples plus ou moins classique :

Par exemple si tu essayes de sommer sur N*N, la suite doublement indexée u(x,y) = 1 si x=y ; (-1) si x=y+1 ; 0 ailleurs,
ça te donne
somme pour x>=0 de (somme pour y>=0 de u(x,y)) = somme pour x>=0 de (1 si x=0; 0 sinon) = 1
somme pour y>=0 de (somme pour x>=0 de u(x,y)) = somme pour y>=0 de 0 = 0.

En inventant un ordre exprès pour, tu peux obtenir une limite qui fasse tous les entiers que tu veux ; ou qui diverge vers l'infini; ou qui oscille comme tu veux ... etc

Même sur des suites indexées par N, du genre somme des (-1)^n /n,
Selon l'ordre dans lequel tu sommes, tu peux obtenir n'importe quel réel comme limite.
Bon là bien sur, ça n'a pas tellement de sens physiquement de sommer avec un ordre bidon.


Prend la suite indexée sur Z, u(n) = (-1)^n.
Imaginons que tu veuilles sommer "cercle par cercle" :
u0 + (u1 + u(-1)) + (u2 + u(-2)) + (u3 + u(-3)) ... = 1 -2 +2 -2 +2 ..., ça donne un truc qui oscille autour de 0.
Maintenant, change l'origine et prend des "cercles" autour de 1/2 :
(u0 + u1) + (u(-1) + u2) + (u(-2) + u3) + ... = 0 + 0 + 0 + ... = 0.

Ca ressemble extrêmement bien à la situation où t'es, c'est pour ça que je pense que changer l'origine de ton repère sphérique est susceptible de donner un truc qui marche :


Donc quand R tend vers l'infini, c'est un truc qui oscille autour de la valeur 4pi/|k_mu - k_nu|², qui est d'ailleurs le résutat à trouver.

Mathusalem
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par Mathusalem » 24 Jan 2012, 15:04

Ah, je vois bien avec l'exemple de u(n) = (-1)^n comment le 'repère' influe sur le résultat. Au moins j'ai les idées plus claires. J'ai essayé de changer le point de repère mais ça donne des intégrales pas trop belles à résoudre.

Merci pour les explications.

Mathusalem
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par Mathusalem » 01 Fév 2012, 11:59

Petit up : aujourd'hui en cours, l'assistant nous a montré un 'truc' pour la faire converger, mais je trouve la méthode suspecte :

Il récrit l'intégrale avec , et j'abrège juste un peu la notation




En gros il prend un facteur 'estompant' la fonction, et avec ça il tue le facteur oscillant. Mais je suis pas du tout sûr qu'on peut permuter limite et intégrale dans ce cas.. 'Fin ça me semble louche et je me souviens plus sous quelles hypothèse ce genre d'égalité est valable. J'ai pas réfléchis longtemps non plus, mais je m'en remets à vos connaissances, bien plus rapides qu'une après-midi sur Wikipédia ;)

Skullkid
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par Skullkid » 01 Fév 2012, 12:47

Salut, il me semble que c'est une des deux méthodes classiques en physique pour "forcer" une fonction à être transformable par Fourier (ou une autre transformation intégrale). L'autre méthode consistant à écrire f(x) comme la limite de quand a tend vers l'infini.

J'imagine que le cadre mathématique rigoureux est celui des distributions, puisque les transformations de Fourier forcées font apparaître des Dirac et autres .

 

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