Composition fractionnaire de fonctions

Publié le 08 juillet 2012 par Serdj

Composition fractionnaire de fonctions mathématiques

Je vous propose ici une extension nouvelle de la composition de fonctions mathématiques (traditionnellement notée o). Si on note f<2>(x) = f(f(x)) = f o f (x), f<3> = f o f o f ,etc., alors on va définir ici des choses comme f<1/2> ou f<2/3>, un  sujet d'étude qui, je crois, est entièrement nouveau !

On s'intéresse ici à des fonctions continues d'un domaine D sur le même domaine, par exemple d'un intervalle réel sur lui même. Par exemple si trois fonctions f,g,h de D-->D sont telles que
   g<2> = g o g = f et
   h<3> = h o h o h = f,
alors on a g<2> = h<3> et on peut poser par convention g = h<3/2>
De même si f o f = g alors on peut poser par convention f = g<1/2>
Plus généralement si f<p> = g alors par définition f = g<1/p>
Par exemple il est facile de vérifier que (x4+2x2+2)<1/2> = x2+1
On a ainsi un moyen de composer "fractionnellement" des fonctions, ou de définir des puissances fractionnaires de composition. Naturellement lorsque "l'exposant" entre crochets <> est entier, on a la composition de fonction classique avec ses propriétés usuelles, telles que l'associativité et le fait que  f<-1>(f(x)) = identité. La notation f<-1> me semble bien meilleure que le f-1 des américains (sans crochets), qui est détestable à cause de la confusion possible avec 1/f. Ainsi on pourrait remplacer les discutables arc sin et arg sinh par sin<-1> et sinh<-1> sans risque d'erreur.
Bien que l'on ait x2<2> = (x2)2 = x4, c'est le seul cas où f2 = f<2>.  Ainsi (x2+1)<2> =  x4+2x2+2 alors que (x2+1)2 = x4+2x2+1
D'une manière générale, trouver f<1/2> connaissant f est un problème assez difficile, trouver f<1/3> ou f<1/p> est encore plus ardu !
La composition fractionnaire de fonctions pose des problèmes nouveaux. Par exemple on aimerait bien que, pour toute fonction f composable avec elle-même,  f<22/7> soit "proche" de  f<355/113> parce que 22/7 et 355/113 sont les réduites successives de π en fraction continue. Peux-t-on définir cette proximité, et cette conjecture est-elle vraie ?
Autre conjecture :
lorsque p --> +∞, et pour toute fonction continue f de D sur D, lim f<1/p> = identité
Enfin, peut-on définir des choses comme f<π> ou f<i>? Je serais intéressé par une expression de sin<π> ou e<i>!
Tous ces problèmes sont ouverts. Mathématiciens, à vous de jouer !

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