Fractions et fonctions rationnelles

Définition

Étant donné une fraction rationnelle irréductible

\(\displaystyle{\frac{P}{Q}\textrm{ avec }P\in\mathbf R[X],Q\in\mathbf R[X]-\{0\}}\)

la fonction numérique \(f\) définie, pour tout \(x\) réel tel que \(Q(x)\) soit non nul, par \(\displaystyle{f(x)=\frac{P(x)}{Q(x)}}\) est appelée fonction rationnelle.

Ainsi à la fraction rationnelle \(\displaystyle{\frac{1}{(X+1)(X^2+1)}}\) on associe la fonction rationnelle \(\displaystyle{x\to\frac{1}{(x+1)(x^2+1)}}\) définie sur les intervalles \(]-\infty, -1[\) et \(]-1,+\infty[\).

La décomposition de \(P/Q\) en éléments simples (cf Algèbre) fait intervenir

  • la partie entière polynomiale \(E\in\mathbf R[X]\),

  • des éléments de la forme \(\displaystyle{\frac{A}{(X-\alpha)^{r}}\textrm{ avec }A\in R,\alpha\in R,r\in N^{\ast}}\),

  • des éléments de la forme \(\displaystyle{\frac{BX+C}{(X^2+pX+q)^s}\textrm{ avec }B,C,p\textrm{ et }q\textrm{ réels },p^2-4q<0,s\in N^*}\).

  • Ainsi, on a :

    \(\displaystyle{\frac{1}{(X+1)(X^2+1)}=\frac{1}{2(X+1)}+\frac{-X+1}{2(X^2+1)}}\), d'où

    \(\displaystyle{\forall x\neq-1,\frac{1}{(x+1)(x^2+1)}=\frac{1}{2(x+1)}+\frac{-x+1}{2(x^2+1)}}\)

Le calcul avec Maple

Décomposition d'une fraction rationnelle en éléments simples.

On rentre la fraction :

> 1/((x+1)*(x^2+1)) ;

\(\displaystyle{\frac{1}{(x + 1)(x^2 + 1)}}\)

La commande est 'convert' avec le paramètre 'parfrac' et on indique la variable par à rapport à laquelle on décompose.

Maple V.5 utilise % pour rappeler le résultat précédent. En Maple V.4 c'est " qu'il faut utiliser.

> convert(%,parfrac,x) ;

\(\displaystyle{\frac{1}{2}\frac{1}{(x+1)} -\frac{1}{2}\frac{x - 1}{x^2 + 1}}\)