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En mathématiques, et plus précisément en analyse, une fonction analytique est une fonction d'une variable réelle ou complexe qui est développable en série entière au voisinage de chacun des points de son domaine de définition.
Autrement dit, pour tout de ce domaine, il existe une suite (dépendant de ) donnant une expression de la fonction, valable pour tout assez proche de , sous la forme d'une série convergente :
Toute fonction analytique est indéfiniment dérivable, mais la réciproque est fausse en général.
Dans le cas d'une fonction d'une variable complexe définie sur un ouvert, une fonction est analytique si et seulement si elle est holomorphe.
Qu'elle soit de variable réelle ou complexe, une fonction analytique sur un ouvert connexe et non identiquement nulle a ses zéros isolés. Cette propriété induit l'unicité du prolongement analytique sur tout ouvert connexe.
Soit une fonction d'une variable complexe, où est un ouvert de . On dit que la fonction est analytique sur si pour tout , il existe une suite de nombres complexes et un réel tel que, pour tout , c'est-à-dire pour tout dans le disque (ouvert) de centre et de rayon , supposé inclus dans , la fonction s'exprime sous forme de la série convergente :
Autrement dit, une fonction est analytique si elle est développable en série entière au voisinage de chaque point de son ensemble ouvert de définition.
La même définition s'applique à une fonction de variable réelle , définie sur un intervalle ouvert borné ou non, en remplaçant le disque par l'intervalle ouvert .
Une fonction analytique sur tout entier est dite entière.
Les deux dernières fonctions admettent cependant des dérivées partielles de tous ordres (elles sont de classe en tant que fonctions de deux variables réelles). Elles ne sont pas analytiques car l'ensemble des points où elles vérifient les équations de Cauchy-Riemann est d'intérieur vide (il est réduit à {0} pour la première, et vide pour la seconde).
Toute fonction analytique sur un ouvert de admet un prolongement analytique sur un certain ouvert de contenant .
On considère maintenant un ouvert connexe de (l'hypothèse de connexité est essentielle) et une fonction analytique.
Pour tout point de , les quatre propositions suivantes sont alors équivalentes (une démonstration est proposée dans l'article « Prolongement analytique ») :
Un corollaire de ce théorème est que si une fonction analytique sur un ouvert connexe s'annule sur un disque de rayon si petit soit-il, alors c'est la fonction nulle. On peut interpréter cela comme un résultat d'unicité pour la théorie du prolongement analytique : si deux fonctions analytiques coïncident sur un voisinage d'un point d'un ouvert connexe, alors ces deux fonctions sont égales sur tout cet ouvert.
Un corollaire plus précis est que si n'est pas la fonction nulle, alors ses zéros sont isolés, c'est-à-dire que pour tout point de où s'annule, il existe un disque centré en , inclus dans , sur lequel ne s'annule en aucun autre point que .
Ainsi, si n'est pas constante alors elle « n'est constante en aucun point » c'est-à-dire que pour tout point de , il existe un disque centré en , inclus dans , sur lequel ne prend la valeur en aucun autre point que .
On en déduit qu'aucune fonction analytique non constante ne peut avoir son image contenue dans un espace vectoriel réel de dimension 1 (en particulier, n'est pas inclus dans ℝ). En effet, comme est continue car analytique, il devrait y avoir existence de courbes de niveau, or le résultat ci-dessus l'interdit.
Si est une fonction analytique non constante sur un ouvert U, alors est un ouvert.
On peut le démontrer à partir du principe des zéros isolés.
Soit une fonction analytique non constante sur un domaine D. Du théorème de l'image ouverte on déduit immédiatement :
On en déduit notamment le lemme de Schwarz.
Plus généralement, toute fonction sous-harmonique (comme et, si ne s'annule pas, ) vérifie le principe du maximum, donc toute fonction harmonique (comme Re( )) vérifie le principe du maximum et du minimum.
Soit f une fonction analytique sur un domaine D non borné, continue sur l'adhérence de D. Il ne suffit pas de conclure que f est bornée sur la frontière de D pour conclure que f est bornée sur D, comme le montre l'exemple de la fonction sur la bande B constituée des nombres complexes de partie imaginaire comprise entre et . Le théorème de Phragmén-Lindelöf apporte une réponse à cette question en ajoutant des hypothèses sur la forme de D et sur la croissance du module de f(z) lorsque z tend vers l'infini dans D. Grossièrement, ce module ne doit pas augmenter trop vite.
On dispose par exemple du résultat suivi sur la bande B. Si f est bornée sur la frontière de B et s'il existe deux constantes positives A et u telles que u < 1 et , alors f est bornée sur B.
Des résultats analogues peuvent être obtenus sur d'autres domaines, le plus souvent par transformation conforme à partir de B.
Théorème de Strassmann (en)
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