Fonction de Dawson

La fonction de Dawson, $F(x)$, près de l'origine.

Une fonction de Dawson généralisée, $D_{-}(x)$, près de l'origine.

En mathématiques, et plus précisément en analyse, la fonction de Dawson (portant le nom de H. G. Dawson, et parfois appelée intégrale de Dawson) est une fonction spéciale, définie comme étant une solution particulière de l'équation différentielle

$y^{\prime }+2xy=1.$

Définition et propriétés

La fonction de Dawson peut être définie comme la solution de l'équation différentielle

$F^{\prime }(x)+2xF(x)=1$

satisfaisant la condition initiale F(0) = 0 ; la méthode de variation de la constante permet alors d'en déduire que

$F(x)={\mathrm{e}}^{-x^2}\underset{0}{\overset{x}{\int }}{\mathrm{e}}^{t^2}\mathrm{d}t.$

La fonction de Dawson peut être calculée à partir de la fonction d'erreur Modèle:Math : on a

$F(x)=\frac{\sqrt{\pi }}{2}{\mathrm{e}}^{-x^2}\mathrm{e}\mathrm{r}\mathrm{f}\mathrm{i}(x)=-\frac{\mathrm{i}\sqrt{\pi }}{2}{\mathrm{e}}^{-x^2}\mathrm{e}\mathrm{r}\mathrm{f}(\mathrm{i}x)$

où Modèle:Math est la fonction d'erreur imaginaire, Modèle:Math.

Quand x tend vers 0, on a $F(x)\sim x$ (au sens de l'équivalence des fonctions) et quand x tend vers l'infini, $F(x)\sim \frac{1}{2x}$.

Plus précisément, au voisinage de 0, le développement en série entière de F est :

$F(x)=\sum _{n=0}^{+\mathrm{\infty }}\frac{(-2{)}^n}{(2n+1)!!}{x}^{2n+1}=\sum _{n=0}^{+\mathrm{\infty }}\frac{(-2{)}^n}{1\cdot 3\cdot 5\cdots (2n+1)}{x}^{2n+1}=x-\frac{2}{3}{x}^3+\frac{4}{15}{x}^5-\dots$

(cette série entière converge pour tout x) et, son développement asymptotique en $+\mathrm{\infty }$ est :

$F(x)=\frac{1}{2x}+\frac{1}{4x^3}+\frac{3}{8x^5}+\dots +\frac{1\cdot 3\cdot 5\cdots (2n-1)}{2^{n+1}{x}^{2n+1}}+o(x^{-2n-2})$

(qui, au contraire, correspond pour tout x à une série divergente).

Généralisations

On trouve parfois pour la fonction de Dawson la notation $D_{+}(x)={\mathrm{e}}^{-x^2}\underset{0}{\overset{x}{\int }}{\mathrm{e}}^{t^2}\mathrm{d}t$, et la fonction « symétrique » est alors notée $D_{-}(x)={\mathrm{e}}^{x^2}\underset{0}{\overset{x}{\int }}{\mathrm{e}}^{-t^2}\mathrm{d}t$ ; avec ces notations, on a donc Modèle:Retrait

Liens externes

• Cephes - Bibliothèque de programmes de calcul de fonctions spéciales en C et C++
• Modèle:MathWorld
• Modèle:Lien web