ANALISE TRANSCENDANTE.
Par
M. le professeur
Kramp, correspondant de l’académie
royale des sciences, doyen de la faculté des sciences de
Strasbourg, Chevalier de l’Ordre royal de la Légion d’honneur.
(Troisième Mémoire.)
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Dans un mémoire inséré à la page 372 du VI.e volume du
présent recueil, j’ai donné douze différentes formules au moyen
desquelles on peut intégrer, avec une approximation plus ou moins
parfaite, entre deux limites données quelconques, toute fonction
différentielle d’une seule variable. Je me propose de reprendre ici
le calcul de ces formules, pour le présenter sous une forme qui
me semble préférable ; et pour les soumettre ainsi à une vérification
qui leur imprime une sanction nouvelle, si elles sont exactes,
et qui, dans le cas contraire, en fasse disparaître soit les fautes
d’impression qui auraient pu s’y glisser, soit même les erreurs de
calcul que l’on a soupçonné s’être introduites dans quelques-unes
d’entre elles. Si j’avais besoin, au surplus, de me justifier, de revenir de nouveau sur un sujet qui, aux yeux de quelques lecteurs,
pourrait paraître déjà épuisé ; je trouverais mon excuse dans
l’importance des formules dont il s’agit ; importance qui me paraît
suffisamment établie par les applications qui déjà en ont été faites.
2. Soit une fonction différentielle explicite de dans laquelle
on suppose donnée en par une équation de la forme
désignant une fonction d’une forme connue et déterminée quelconque ; et proposons-nous d’obtenir une valeur approximative de
l’intégrale
entre deux limites données quelconques.
3. Considérons comme l’ordonnée d’une courbe dont est
l’abscisse, et dont la nature est conséquemment déterminée par
l’équation ci-dessus ; la question proposée se réduira évidemment
à quarrer l’espace mixtiligne compris entre la courbe, l’axe des
et les ordonnées qui répondent aux deux abscisses données pour
limites de l’intégrale.
4. On peut toujours faire coïncider l’axe des avee la première
de ces deux ordonnées, et prendre, en outre, pour unité, la
portion de l’axe des qui la sépare de l’autre. On réduit ainsi
le problème à déterminer l’intégrale
entre les limites zéro et un.
5. Soit divisée la portion de l’axe des comprise entre les ordonnées extrêmes en un nombre arbitraire de parties égales,
lequel devra être d’autant plus grand qu’on aspirera à une plus
grande précision dans les résultats. Soit posé
seront ainsi les ordonnées des points de division
de l’axe des et pourront être déterminés au moyen de l’équation
de la courbe. Si nous imaginons une courbe parabolique passant par les extrémités supérieures de ces ordonnées, cette courbe différera
d’autant moins de la courbe dont il s’agit que le nombre des
divisions de l’axe des de zéro à un, aura été pris plus grand ;
d’où il suit que, dans la recherche approximative de il pourra
être permis de substituer cette courbe à la courbe proposée. Alors
l’intégrale cherchée ne dépendra uniquement que des quantités
et du nombre choisi pour nombre des divisions
de la portion de l’axe des prise pour unité.
6. On voit par là que, pour résoudre le problème, il n’est pas
même nécessaire de connaitre la relation générale qui lie à
et qu’il suffit seulement de connaître les valeurs de la première
de ces variables qui répondent à des valeurs de la seconde croissant
en progression arithmétique ; et ce n’est point là un des moindres
avantages de nos formules, qui peuvent ainsi être appliquées à
des recherches d’expérience et d’observation où très-souvent la nature
de la dépendance générale entre les deux variables est tout-à-fait inconnue.
7. Soient posés
étant, comme à l’ordinaire, le symbole de Si, pour
un moment, nous prenons pour unité l’intervalle constant entre
deux ordonnées consécutives, nous aurons, comme l’on sait, pour
l’équation de la courbe parabolique,
de sorte qu’il s’agira d’intégrer
depuis jusqu’à
8. Procédant donc à l’intégration, et observant que l’intégrale
doit s’évanouir en même temps que , il viendra
résultat dans lequel il faudra supposer ensuite
9. Mais il est clair qu’en rendant fois plus grand l’intervalle
entre les ordonnées consécutives, on a aussi, rendu fois plus
grande l’aire de la courbe à quarrer, c’est-à-dire, l’intégrale demandée ;
d’où il suit que la véritable valeur de cette intégrale n’est
gue la n.me partie de celle que nous venons de lui assigner ; c’est-à-dire
qu’elle est égale à cette intégrale divisée par , et prise
ensuite jusqu’à En posant donc, pour abréger,
valeurs dans lesquelles il faudra supposer on aura
10. Si, dans cette dernière formule, on remet pour
leurs valeurs (7) en en se
rappelant que on pourra l’écrire sous cette forme
11. Il est clair d’ailleurs que les ordonnées également distantes
des extrêmes, telles que et et doivent, dans cette
formule être affectées du même coefficient, puisqu’en renversant
l’aire mixtiligne à quarrer, de telle sorte que sa première ordonnée
devienne la dernière, et vice versâ, sa surface doit toujours demeurer
la même. On pourra donc réduire le calcul des coefficiens
à la moitié de leur nombre, si ce nombre est pair,
et à la moitié plus un, s’il est impair ; et alors il conviendra de
les calculer dans un ordre rétrograde, attendu que les derniers se
présentent sous la forme la plus simple. À la vérité, en procédant
ainsi, on se privera du moyen de vérification qui résulterait de
l’égalité des coefficiens également distans des extrêmes ; mais on en
trouvera un autre dans l’égalité de la somme de tous les coefficiens
à l’unité. Il est évident, en effet, que, si l’on supposait à la fois
l’aire à quarrer devrait, d’une part, être
la simple somme de ces coefficiens, et que, d’une autre, elle devrait
être égale à l’unité.
12. Le plan général ainsi tracé, il s’agit d’en venir à l’exécution,
pour toutes les valeurs de depuis un jusqu’à douze inclusivement.
Cherchons d’abord les valeurs de Il nous faut,
pour cela, continuer le tableau commencé ci-dessus (9). Dans ce
tableau, la loi des signes, exposans et dénominateurs, est manifeste.
Quant à celle des numérateurs numériques, en remontant (7) à
l’origine de ces nombres, on voit qu’en général l’un quelconque est
égal à celui qui est immédiatement au-dessus ; plus, le produit de
celui qui est immédiatement à gauche de ce dernier par l’exposant
de dans le premier terme de la ligne que l’on calcule. Ainsi,
par exemple, dans la valeur de on a
et ainsi des autres.
13. Rien ne sera donc plus facile que de pousser ce tableau aussi
loin qu’on voudra. En le poussant jusqu’à la lettrelettre et faisant d’abord abstraction des puissances de et des dénominateurs,
on aura
On s’assurera de l’exactitude de ces résultats, en observant que,
dans chaque groupe, la somme des nombres positifs et celle des
nombres négatifs doivent être égales entre elles, et moitié du dernier nombre du groupe qui le suit immédiatement ; comme il est aisé de
se convaincre que cela doit être en effet.
14. Si présentement on rétablit les puissances de et les dénominateurs, en simplifiant autant qu’il se pourra, il viendra
15. En chassant les dénominateurs, ces formules deviennent
16. Il s’agit présentement de procéder aux substitutions. On a
d’abord, quel que soit
Les valeurs de sont
Les valeurs de sont
Les valeurs de sont
Les valeurs de sont
Les valeurs de sont
Les valeurs de sont
Les valeurs de sont
Les valeurs de sont
Les valeurs de sont
Les valeurs de sont
Enfin, la valeur de est
Pour
17. Nous avons donc présentement tous les élémens nécessaires
pour calculer nos diverses formules ; et nous procéderons à leur
calcul ainsi qu’il suit.
Pour le diviseur un nous avons la formule
puis donc qu’on a, pour tous les cas, nous aurons
(I)
Pour le diviseur deux, nous avons la formule
mais, pour le même diviseur, nous avons trouvé
en substituant donc, la formule sera
(II)
Pour le diviseur trois, nous avons la formule
mais, pour le même diviseur, nous avons trouvé
en substituant donc, la formule sera
(III)
Pour le diviseur quatre, nous avons la formule
mais, pour le même diviseur, nous avons trouvé
en substituant donc, la formule sera
(IV)
Pour le diviseur cinq, on a la formule
mais, pour le même diviseur, nous avons trouvé
en substituant donc, la formule sera
(V)
Pour le diviseur six, on a la formule
mais pour le même diviseur nous avons trouvé
en substituant donc, la formule sera
(VI)
Pour le diviseur sept, nous avons la formule
mais pour le même diviseur, nous avons trouvé
en substituant donc, la formule sera
[1](VII)
Pour le diviseur huit, nous aurons la formule
mais, pour le même diviseur, nous avons trouvé
en substituant donc, la formule sera
[2](VIII)
Pour le diviseur neuf, nous avons la formule
mais, pour le même diviseur, nous avons trouvé
en substituant donc, la formule sera
(IX)
Pour le diviseur dix, nous avons la formule
mais, pour le même diviseur, nous avons trouvé
en substituant donc, la formule sera
Pour le diviseur onze, nous avons la formule
mais, pour le même diviseur, nous avons trouvé
en substituant donc, la formule sera
(XI)
Pour le diviseur douze, nous avons la formule
mais, pour le même diviseur, nous avons trouvé
en substituant donc, la formule sera
[3](XII)
Toutes ces formules se vérifient, au surplus, en ce qu’elles
donnent l’aire cherchée égale à l’unité, lorsqu’on suppose toutes
les ordonnées égales elles-mêmes à l’unité.
Dans un prochain article, nous appliquerons ces résultats à
l’intégration approchée des équations différentielles à deux variables.