A NNALES DE LA FACULTÉ DES SCIENCES DE T OULOUSE
E. L ANDFRIEDT
Quelques recherches sur les fonctions à multiplicateurs
Annales de la faculté des sciences de Toulouse 1resérie, tome 9, no3 (1895), p. G1-G18
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G.I
QUELQUES RECHERCHES
SUR
LES FONCTIONS A MULTIPLICATEURS,
PAR M. E. LANDFRIEDT.
INTRODUCTION.
Les fonctions à
multiplicateurs,
dont nous allons nous occuper, ont faitjusqu’à présent l’objet
des travaux d’un mathématicienfrançais 1 ’ ).
Lesrésultats obtenus par ce savant ont mis en évidence
l’analogie frappante qui
existe entre la théorie de ces fonctions et celle des fonctionsalgébriques
rationnelles en s et J. Nous allons essayer de faire ressortir
davantage
cetteanalogie,
en traitant un genre dequestions auxquelles
n’a pas touché l’auteurdéjà
cité.Après
avoirexposé,
dans unpremier Chapitre,
une démonstration de l’extension du théorème d’A.bel aux fonctions àmultiplicateurs
baséesur la seule définition de ces
fonctions,
nous arrivons au véritable but denotre travail.
Après
avoir défini ce que nous entendons par défaut etexcès du
système
depôles
d’une fonction~,n~n~,
nous arrivons à introduire ’ dans la théorie de ces fonctions une classification entièrementanalogue
àcelle
qu’a
introduite Christoffel dans la théorie des fonctionsalgébri-
ques. Nous donnons les
propriétés
essentielles caractérisant les deuxespèces
de fonctions &, que
distingue
notreclassification,
et nous établissons notam- ment une formulegénérale
pourreprésenter
chacune de ces deuxcatégories
de fonctions
La méthode dont nous nous servons est celle de
Riemann, adoptée
aussiGénéralisation des fonctions doublement périodiques de seconde espèce (Journal de Math. par 1VZ. Resal; 1883). - P. ApPELL, Sur les intégrales de fonctions à multiplicateurs, etc. (Acta. nzath., t. XIII).
par M. P.
Appell.
Nousemployons cependant
pour rendresimplement
connexe la surface T de
Riemann,
un mode de coupures un peu différent de celui dont se sert M. P.Appell.
CHAPITRE I.
I. 2014 GÉNÉRALITÉS.
Soit
l’équation algébrique
définissant s en fonction de z. Nous introduisons la surface de Riemanncorrespondante,
que nousdésignerons
par la lettre T.Cette surface sera transformée en la surface
simplement
connexe T’ deRiemann au moyen d’un
système
de3p
coupures aa,ba,
CÀ(À
== i, 2, ...,p).
Ici nous ne suivrons pas entièrement le mode de coupures
adopté
par NI. P.Appell.
Après
avoir introduit les 2p coupures aa,b~,
ainsi que le fait M. P.Appell,
nous prenons sur la surface T un
point quelconque
w, ne coïncidant avecaucun
point singulier
de la fonction s. Celafait,
nous menons àpartir
duFig. I.
point
coupures CÀ secontinuant,
sans se coupermutuellement, jus- qu’aux
ppoints
d’intersection(aa, b~).
Sur chacune de ces3p
coupuresainsi définies nous
distinguons
deuxbords,
un bordpositif
et un bord né-gatif,
ainsi que le montre lafigure.
L’ensemble de ces bords formera une seuleligne courbe,
limite de la surfacesimplement
connexe T’. Les flèchesindiquent
les sens d’un parcourspositif
de cette courbe limite.Le mode de coupures ainsi introduit
permet
desimplifier
certaines dé- monstrations et de rendreplus symétriques
certaines formules de M. P.Appell.
C’est ainsi que les relations liant les modules depériodicité
d’uneintégrale
depremière espèce
serontremplacées
par les suivantes :De même la relation
1 i‘’,
donnée par M. P.Appell (p. 3!~ ~
sera rem-placée
parqui
se déduit des relationsprécédentes
par unesimple
addition.Comme on le voit
également
dans cette nouvellenotation, l’intégrale
de
première espèce
aura, nonplus 3 p -
1 modules depériodicité,
maisbien
3p.
C’est là surtout cequi
contribuera à rendre les formulesplus symétriques,
Une remarqueanalogue s’applique
auxintégrales
de secondeet de troisième
espèce.
I)ans la suite nous
désignerons
toute fonction auxmultiplicateurs
m~,, ruapar le
symbole
l’indice dénotant lesmultiplicateurs.
II. - EXTENSION DU THÉORÈME D’ABEL AUX FONCTIONS
Nous allons maintenant
développer
une démonstration de l’extension du théorème d’Abel aux fonctionsbasée,
nonplus
comme celle de M. P.Appell
sur la formule donnant la fonction mais sur la seuledéfi-
nition de la
f onction.
Cette démonstration nouspermettra
en mêmetemps
de donner ce célèbre théorème sous une forme un peu
plus complète
que celle souslaquelle
l’a énoncé M. P.Appell.
Avant d’en arriver à notre
démonstration;
nous établissonsquelques
théorèmes
préliminaires.
THÉORÈME A. - Toute
fonction uniforme
sur T’ n.e devientinfinie
en T’
qu’en
un nombre depoints fini
etjamais qu’à
un ordrefini.
Démonstration. 2014 dlog03A6m03BBn03BB dz
Cl2
une fonction algébrique et n a, parconséquent,
que despôles
d’un ordre fini et en nombre fini.Or 03C6
nepeut
devenir infinie
qu’aux
zéros et aux infinis deDonc,
etc.THÉORÈME B. - La somme 1V des
.nombres
de en T’ està
Démonstration. - Nous entendons ici par nombre d’ordre ce que Neu-
mann
( vonles.
über Riem. Theorie d. Abel’schen Integr., p.y)
entendpar Nous avons
alors,
en vertu d’un théorème dcCauchy,
l’intégrale
étantétendue, dans
le senspositif,
au contourcomplet
de lasurface
simplement
connexe T’.Or
donc N = o, parce que le
long
dechaque
coupureDe ce
théorème,
nous déduisons immédiatement :THÉORÈME C. -
possède
en T’ autant de zéros qued’infinis.
Ces théorèmes
préliminaires
une foisétablis,
nous abordons la démon-stration du théorème d’Abel dans son extension aux fonctions Nous
considérons,
à ceteffet, la
fonctionoù u,
désigne l’intégrale
normale depremière espèce
deRiemann, possé-
dant le
long
de aa le module depériodicité (03BB )03C0i et le long
de b03BB,
le mo-
Fib. 2,
dule de
périodicité
Lesymbole 1’ ) désigne
zéro oul’unité selon
queSoient
,
Nous aurons alors :
n’ Dans le
voisinage
de =n I
+ fonctioncontinue,
P aura
donc,
en cetendroit,
unrésidu,
.2° Dans le
voisinage de 03B4k dlog03A6m03BBn03BB dz
= I + fonct. cent.,Le résidu
correspondant
de P sera donc = -u ~(
La fonc-tion P ne
possédant
pas sur la surface T’ d’autre résidu différent dezéro,
la somme y de ces résidus sera
Or,
P estpartout
uniforme surT’;
nous auronsdonc, d’après
un théo-rème connu,
l’intégrale
étantétendue,
dans le senspositif,
au contourcomplet
de T’.Nous poserons, pour
abréger,
et nous calculerons
séparément
chacune des trois sommes à droitedésigne
un nombre entier.D’une manière
analogue,
nous avonsNous trouvons ainsi
En
égalant
les deuxexpressions
ci-dessus obtenues pour y, nous avons le théorème suivant :THÉORÈME D’ABEL. - Si ...,
(03B41,
...,03B4q) désignent
les etles
infinis
d’unefonction Wm,n,,
nous avons les p relationsLes
logarithmes figurant
à droite sont considérés commeuniformes
,tandis que les nombres entiers g03BB,
ha
sontdéfinis rigoureusement
par lesformules
Nous démontrons
réciproquement
que, si leséquations (i)
sont vérifiéeset
si,
deplus, g et li,
sont des nombresentiers,
les deuxsystèmes
depoints (e~,
... ,s~)
et(~,
... ,~)
sont les zéros et les infinis d’une fonctionA cet
effet,
nous considérons la fonction’
Cette fonction $ est uniforme en T’ et
admet,
ainsiqu’il
est facile de levérifier,
Le long de le multiplicateur
» c~ » j,
» le multiplicateur
Puisque,
parhypothèse,
leséquations (i)
sont vérifiées et queet h,
sont
supposés
être des nombresentiers,
lemultiplicateur
se réduit àLa
réciproque
du théorème d’Abel se trouve ainsi démontrée. Nous résumons en un seul théorème.THÉORÈME. 2014 Pour
qu’il
existe unefonction 03A6m03BBn03BB, uniforme
e12 T’ etadmettant le
long
de aa etba
lesmultiplicateurs
constants ma, na,, ilfaut
et il
suffit
que leséquations (1)
soientvérifiées,
g, eth03BB
étant des nom-bres entiers.
Cas
spécial.
- Le casspécial
que M. P.Appell distingue toujours rigou-
reusement du cas
général
seprésente
toutes les fois que les zéros et les infinis de sont les zéros et les infinis d’une fonctionalgébrique
ration-nelle et ne
peut
seprésenter
que dans cettehypothèse.
Nous n’en-trons pas dans la discussion de ce cas
spécial,
au moins pour cequi regarde
les
équations
du théorème d’Abel. Lesmultiplicateurs
na satisferont à certainesrelations, qui
se trouvent chez M. P.Appell,
toutefois sans la dé-termination des nombres entiers
M,
Nqui
yfigurent.
Nous n’insistons pas.CHAPITRE II.
CLASSIFICATION DES FONCTIONS
I. - CAS GÉÉRAL.
Nous donnons dans ce
Chapitre,
avec les modificationsnécessaires,
l’ex-tension aux fonctions de
principes
introduits par M. Christoffel dans ’ la théorie des fonctionsalgébriques. Voir,
à cesujet,
le commencementdu Mémoire de M.
Christoffel,
Ueber die canonische Form der Ric- mann’schenintegrale Gattung (BRIOSCHI,
Annali diMatematica,
2e
série,
t.IX).
Nous prenons comme
point
dedépart,
dans lesdéveloppements qui
sui-vent,
l’équation
donnée par M. P.
Appell,
page 28 de son Mémoire. Dans cetteéquation,
lespoints
~~ sont lespôles
de etGk
les résiduscorrespondants,
tandis que w’est la dérivée par
rapport
à 2 del’intégrale générale
w depremière espèce
relative aux
multiplicateurs
inverses I ; ma, = i ; na.Soient ~,~, ..., Eq les
pôles
d’une fonction~",~,ta;
nous supposons que les coefficients C1, ..., entrant dansl’expression
del’intégrant général
de
première espèce
soient déterminés de manière que o/ devienne zéro en tous les
points
~" , . ,, Eq à
l’exception
d’un seul ~~.L’équation ( ~ )
nous donnera alorsNous pouvons donc énoncer le théorème suivant :
THÉORÈME T. - Si ~1, ~2, ...,
désignent
lespôles
d’unefonclion 03A6m03BBu03BB
et 03C9’
l’intégrant général
depremière espèce relatif
auxmultiplica-
teurs inverses m’03BB = I : jna,
n’03BB
= I : na, lesystème d’équations
contiendra au moins une
équation
surnuméraire.Soit p
le nombre exact deséquations
surnuméraires dusystème
...,
w’(~~~ = o,
q - ~ le nombre des autreséquations
quenous
appellerons
essentielles. Nous aurons alorspuisque
le nombre deséquations
essentielles nepeut dépasser
le nombrep - i des coefficients c,, C2, ..., c~,_, t à notre
disposition.
SoientLes membres
gauches
de ceséquations
sont liés par des relations de la formeoù le
signe -
est lesymbole
de l’identité. Eneffet,
les relations~16)
sontdes identités par rapport aux coefficients c, , ... , .
En vertu de
(rb), l’équation (i) prend
la formeOr,
leséquations w’ (~a)
== o(ri
= r, 2, ...,q - ~)
ne contenant aucuneéquation surnuméraire,
nous pourrons déterminer les coefficients c,, ...,cp_, de manière à avoir
où a" ..., aq_p
désignent
desquantités
arbitraires. Nous pourrons notam-ment déterminer les coefficients de manière que devienne zéro
en tous les
points
Eet, àl’exception
d’unseul,
que nous choisirons d’unefaçon
arbitraire.L’équation ( y)
nousdonnera,
parsuite,
Cette relation n’est autre chose que la
solution, par-rapport
aux résidusG f,
...,Gq,
dusystème
de p - Iéquations
Il résulte de cette relation
(2)
que,si Et,
..., Eqdésignent
lespôles
d’unefonction les résidus
correspondants
ne pourront être choisis arbitrai-rement. Le nombre des résidus
pouvant
êtrepris
d’unefaçon
arbitraire estégal
aunombre p
deséquations
surnuméraires dusystème (la).
Les autresrésidus seront des fonctions linéaires des
premiers
et seront donnés par la relation(2).
C’est là unepropriété
commune aux fonctions et auxfonctions
algébriques
rationnelles en s et z .’
La considération du
nombre q - p
deséquations
essentielles va nousconduire à une classification des fonctions en deux
grandes catégories.
Si
l’intégrant général
c~’ ne deviendra pasidentiquement nul,
si nousdéterminons les coefficients c, , ... , de manière
que
devienne zéroaux
points
~~, ..., Eq_p.Si,
aucontraire,
c~’ sera
identiquement nul,
si nousimposons
aux coefficients c la même détermination.Dans le
premier
cas, nousappellerons
lesystème
depoints
..., ~g unsystème
depremière espèce,
et la fonctionqui
devient infinie en cespoints, fonction 03A6m03BBn03BB
depremière espèce.
Dans le second cas, nous par- lerons desystèmes
de deuxièmeespèce
et defonctions 03A6m03BBn03BB
de deuxièm.eespèce.
Nous allons nous occuper successivement de ces deux
espèces
de fonc-tions
A. - Fonctions de
première espèce.
Toute
~~mana (fonction
depremière espèce)
est caractérisée par les rela- tionsTout
intégrant général
depremière espèce
contient p 2014 i coefficients constants et sera, par
suite,
déterminé à unfacteur constant
près,
si nous luiimposons
p - 2 zéros essentiels. Le nombre q - p despoints
essentiels étant inférieur de Àà p -
2, cespoints
essentiels ne suffiront pas pour déterminer
complètement l’intégrant
c~’.Nous
appellerons À
ledéfaut
dusystème
~" ..., Eq et dusystème d’équa-
tions
(la); p
seraappelé
excès dusystème
depoints
et dusystème d’équa-
tions
(la).
Les deuxnombres p
et X sont les nombrescaractéristiques
detout
système
depremière espèce.
Soient une fonction de
première espèce,
c~’l’intégrant général
depremière espèce
auxmultiplicateurs
inverses. Nous formons leproduit
Ce
produit
sera une fonctionalgébrique,
uniforme etrégulière
sur T.Nous supposons (L/ déterminé de manière à devenir zéro en tous les
points
..., ~, , ..., ~qdésignant
lespôles
de~",p,;,, ~
ne pourra alors devenir infiniequ’aux
infinis dec~’,
c’est-à-dire auxpoints
de ramification deT ; c’est,
parconséquent, l’intégrant général
depremière espèce
deRiemann par
rapport
àT;
donc03C9’ n’étant pas
identiduemcnt nul,
nous avons le théorème suivant :THÉORÈME II. - Toute
fonction 03A6(1)m03BBn03BB
cLepremière espèce
est de laforme
Cette
expression
nous donne immédiatement une limitesupérieure
pour le nombre depôles
d’une fonction depremière espèce.
Eneffet,
c~’possède
zéros situés à distance finie. C’est là aussi la limite
supérieure
enquestion.
Nous pouvons donc énoncer le théorème suivant :
THÉORÈME III. - Le nombre des
pôles
d’unefonction 03A6(1)m03BBn03BB
estLes deux
nombres p
et X ne sont pasindépendants
l’un de l’autre. Eneffet,
sinous pourrons, outre
les pôles, imposer
à~;,~Â"~
1 zéros choisis arbitraire-ment. ~~’a sera alors déterminé à un facteur constant
près.
Dans le casactuel,
nous avonsc’est-à-dire que nous pourrons, outre
les pôles,
choisir arbitrairementzéros de
03A6(1)m03BBn03BB.
Nous obtenons ainsi une série de relations11 suit de là que, pour une valeur donnée
de q, p
et X sont liés par une relation bien déterminée, p esttoujours plus grand que 03BB;
sa valeur minimao, il n’existe pas de fonction à
multiplicateurs
constants.l)our p
= l, nous avons 2p - 2 = o. Les fonctionscorrespondant
à cette valeur
de p
nepeuvent
donc être des fonctions depremière espèce.
Nous nous bornons à ces
développements
pour les fonctions~~;"jn~,
depremière espèce.
.B. 2014 Fonctions
03A6m03BBn03BB
de secondeespèce.
’ Toute fonction
~;;;Â"y, (fonction ~,n~,"~,
de secondeespèce)
est caractérisée par la relationoù le nombre p,
auquel
ici aussi nous donnerons le nom d’excès dusystème
des
équations essentielles,
est au moinségal
à l’unité. Nous pouvons, parsuite,
énoncer immédiatement le théorème suivant :THÉORÈME IV. 2014 Toute
fonction 03A6(2)m03BBn03BB possède
aumoins p pôles simples.
De la relation
(~), qui
peut s’écrirenous
déduisons,
en outre, le théorème suivant :THÉORÈME V. - SL nous
imposons
à unefonction
dc secondeespèce
qpôles sirraples,
nous pourrons encore choisir arbitrairementzéros de cette
f onction;
sera alors déterminée à unfacteur
con-stant
près.
Soient maintenant .. , Eq le
système
despôles
d’une fonction..., ..., les
points
essentiels de cesystème.
En vertu de la rela- tion( ~ ),
leséquations
où w’
désigne
commeprécédemment l’intégrant général
depremière espèce
aux
multiplicateurs inverses,
ne renfermeront aucuneéquation
surnumé-raire. Nous pourrons donc déterminer les coefficients c,, ..., de
de manière
qu’ils
vérifient leséquations
où ...? , aa ...
désignent
desquantités
arbitraires.Supposons
que ce soitfait;
nous trouverons ainsi pour ..., c~, des fonctions linéaires ethomogènes
desquantités
aa. La substitution en 00’ deces valeurs ainsi obtenues pour ..., nous donnera
les coefficients cca étant des
quantités arbitraires;
les facteursS~~
serontdes
intégrants
depremière espèce
auxmultiplicateurs
inverses. Ces inté-grants
sont liés étroitement ausystème des p - 1 points
essentielsSoit,
eneffet,
unpoint quelconque
dusystème
despoints
nousaurons
De cette dernière relation nous déduisons immédiatement
Nous avons ainsi découvert un
système singulier
de p - Iintégrants
de
première espèce
auxmultiplicateurs
inverses. Cesintégrants 03A9’03B1
sontliés étroitement au
système
des p -1points
essentiels ~03B1.03A9’03B1 est
nul entous
les points
~" ..., , àl’exception
du seulpoint
pourlequel
cetintégrant
estégal
à l’unité.Revenons maintenant à
l’équation
qui
nous a servi depoint
dedépart
dans notre classification des fonctions La substitution .nous donnera
c’est-à-dire
a, , aa, étant des
quantités
arbitraires.Si nous
désignons
uneintégrale
de deuxièmeespèce,
d’une fonction toute fonction~mana
pourra être mise sous la formeoù cw est une
intégrale
depremière espèce
d’une fonction~~",;,";,.
En vertude la relation
S,
cette formule peut s’écrireAinsi que nous l’avons vu, p est le nombre minimum de
pôles
quepossède
une fonction de seconde
espèce.
Soit$~~
une fonction de deuxièmeespèce d’ordre p,
auxmultiplicateurs~?)~.
Cette fonction pourra se mettresous la forme
Nous pouvons
disposer
à notre aise du résiduG, qui figure
dans cette for-mule.
Supposons
G = - i. Nous aurons, dans cettehypothèse,
Nous avons ainsi trouvé le théorème suivant : :
THÉORÈME VI. 2014 Si nous déterminons une
fonction 03A6(2)m03BBn03BB d’ordre
p,de manière que son résidu au
point fixe
Ep soit - r, cettefonction possédera
aux p - jpôles
restants ~1, , .., , des résiduségaux
aux valeurs que
prennent
aupoint fixe
Ep les p - rintégrants
03A9’ quenous avons trouvès
précédemment.
Ainsi que nous l’avons
démontré,
le casgénéral
n’admet pour p == iaucune fonction de
première espèce.
Il est facile de prouver que pour p = i le casgénéral
n’admet pas nonplus
de fonction de deuxièmeespèce. Pour ~ _ ~ ,
la relationqui
caractérise les fonctions de deuxièmeespèce,
se réduit en effet àle nombre des
équations
essentielles desystème
serait donc
nul,
cequi
est une absurdité. Les fonctions àmultiplicateurs donnés, qui correspondent
à la valeur i de p, rentrent, parconséquent,
toutes dans le cas
spécial
de M. P.Appell.
Nous allons donner brièvement la théorie de ce casspécial.
II. --- CAS SPÉCIAL.
Comme on le
sait,
le casspécial,
que M. P.Appell sépare toujours
soi-gneusement
du casgénéral,
a lieu toutes les fois que $ est de la formeoù 03C4
désigne
une fonctionalgébrique
rationnelle en s et z, etc(z)
la fonc-tion,exponentielle employée
couramment par M. P.Appell.
Ici encore nousdistinguerons
deuxespèces
de fonctions &. Nous dirons que est depremière
ou de deuxièmeespèce
suivant que 03C4 est depremière
ou dedeuxième
espèce (voir
le Mémoire de M.Christoffel).
Les fonctions de
première espèce
sont caractérisées par la relationcelles de deuxième
espèce
par la relationG.I8
où p et À
désignent
l’excès et le défaut dusystème d’équations
c~’ étant
l’intégrant général
depremière espèce
de Riemann.Les théorèmes bien connus sur les