En analyse complexe, le théorème de Liouville est un résultat portant sur les fonctions entières (les fonctions holomorphes sur tout le plan complexe). Alors qu'il existe un grand nombre de fonctions infiniment dérivables et bornées sur la droite réelle, le théorème de Liouville affirme que toute fonction entière bornée est constante. Ce théorème est dû à Cauchy. Ce détournement est l'œuvre d'un élève de Liouville qui prit connaissance de ce théorème aux cours lus par ce dernier [ 1]. Énoncé [ modifier | modifier le code] Le théorème de Liouville s'énonce ainsi: Théorème de Liouville — Si f est une fonction définie et holomorphe sur tout le plan complexe, alors f est constante dès lors qu'elle est bornée. Ce théorème peut être amélioré: Théorème — Si f est une fonction entière à croissance polynomiale de degré au plus k, au sens où: alors f est une fonction polynomiale de degré inférieur ou égal à k. Démonstration La démonstration proposée, relativement courte, s'appuie sur l' inégalité de Cauchy.
En revanche, la plupart des extensions élémentaires de K ne vérifient pas cette propriété de stabilité. Ainsi, si on prend pour corps différentiel L = K (exp(-x 2)) (qui est une extension exponentielle de K), la fonction d'erreur erf, primitive de la fonction gaussienne exp(-x 2) (à la constante 2/ près), n'est dans aucune extension différentielle élémentaire de K (ni, donc, de L), c'est-à-dire qu'elle ne peut s'écrire comme composée de fonctions usuelles. La démonstration repose sur l'expression exacte des dérivées données par le théorème, laquelle permet de montrer qu'une primitive serait alors nécessairement de la forme P(x)/Q(x)exp(-x 2) (avec P et Q polynômes); on conclut en remarquant que la dérivée de cette forme ne peut jamais être exp(-x 2). On montre de même que de nombreuses fonctions spéciales définies comme des primitives, telles que le sinus intégral Si, ou le logarithme intégral Li, ne peuvent s'exprimer à l'aide des fonctions usuelles. Relation avec la théorie de Galois différentielle et généralisations On présente parfois le théorème de Liouville comme faisant partie de la théorie de Galois différentielle, mais cela n'est pas tout à fait exact: il peut être démontré sans aucun appel à la théorie de Galois.
C. By a theorem of Liouville (see, e. g., J. C. Ainsi, P(. e:) est bornée dans tout le plan, donc constante d'après le théorème de Liouville. Hence, is bounded in the whole of the plane and so is constant by Liouville theorem. Régularité améliorée en homogénéisation (méthode de compacité, approche quantitative, théorèmes de Liouville) Improved regularity in homogenization (compactness methods, quantitative approach, Liouville type theorems) Théorème de Liouville — Si une fonction entière est bornée, alors elle est constante. Liouville's theorem states that any bounded entire function must be constant. Par le théorème de Liouville, ce flot hamiltonien préserve la forme volume. By Liouville's theorem, Hamiltonian flows preserve the volume form on the phase space. D'après le Théorème de Liouville elle est donc identiquement nulle. By Liouville's theorem this function is therefore identically zero. En théorie des nombres, il fut le premier à prouver l'existence des nombres transcendants, par une construction utilisant les fractions continues (nombres de Liouville), et démontra son théorème sur les approximations diophantiennes.
En revanche, la plupart des extensions élémentaires de K ne vérifient pas cette propriété de stabilité. Ainsi, si on prend pour corps différentiel L = K (exp(-x 2)) (qui est une extension exponentielle de K), la fonction d'erreur erf, primitive de la fonction gaussienne exp(-x 2) (à la constante 2/ près), n'est dans aucune extension différentielle élémentaire de K (ni, donc, de L), c'est-à-dire qu'elle ne peut s'écrire comme composée de fonctions usuelles. La démonstration repose sur l'expression exacte des dérivées données par le théorème, laquelle permet de montrer qu'une primitive serait alors nécessairement de la forme P(x)/Q(x)exp(-x 2) (avec P et Q polynômes); on conclut en remarquant que la dérivée de cette forme ne peut jamais être exp(-x 2). On montre de même que de nombreuses fonctions spéciales définies comme des primitives, telles que le sinus intégral Si, ou le logarithme intégral Li, ne peuvent s'exprimer à l'aide des fonctions usuelles. Relation avec la théorie de Galois différentielle et généralisations [ modifier | modifier le code] On présente parfois le théorème de Liouville comme faisant partie de la théorie de Galois différentielle, mais cela n'est pas tout à fait exact: il peut être démontré sans aucun appel à la théorie de Galois.
Fonctions elliptiques [ modifier | modifier le code] Il est aussi utilisé pour établir qu'une fonction elliptique sans pôles est forcément constante; c'est d'ailleurs cela que Liouville avait primitivement établi. Notes et références [ modifier | modifier le code] ↑ Boris Chabat, Introduction à l'analyse complexe, Tome I Fonctions d'une variable, 1990, Éditions Mir, p. 104. ↑ Voir par exemple la preuve donnée dans Rudin, p. 254, quelque peu différente. Portail de l'analyse
Exemples [ modifier | modifier le code] Le corps K = C ( x) des fractions rationnelles à une variable, muni de la dérivée usuelle, est un corps différentiel; son corps des constantes s'identifie à C.