et sont solutions respectivement des equations dierentielles
(,16x2+ 4x)y(3)+ (,16x2,112x+ 11)y(2)+ (,116x,139)y0,150y = 0 et (,4x2+x)y(2)+ (,26x+ 2)y0,30y = 0
Dans les deux cas, x= 1=4 est une singularite.
Les directions 2l,l 2ZZ, constituent donc les directions singulieres (eventuelles) pour ^f(x).
la droite Dj de direction1:::jd (si l'on s'apercoit que pourt proche de l'origine la fonction
j+1(t) varie beaucoup, on a inter^et a diviser la droite pres de l'origine). Malheureusement, si la droite Dj passe au voisinage d'une singularite dej+1(t), l'evaluation numerique de j+1(t) sera mauvaise. On a alors inter^et a deformer la droite Dj pour obtenir un chemin j constitue de segments et d'arcs, passant le plus loin possible des singularites de j+1(t) (gure 4).
O
-
Figure 4 : Chemins d'integrations j
4.2. Localisation des singularites
Les racines de l'equation caracteristique de l'equation dierentielle dont est solution j+1(t) fournissent les singularites (eventuelles) de j+1(t). L'equation dierentielle est obtenue a par- tir de la serie formelle initiale par des transformees de Borel et de Mellin et est calculee dans la partie formelle. Ces outils formels donnent donc les directions singulieres eventuelles et nous permettent d'optimiser les chemins d'integration j des transformees de Laplace.
4.3. Prolongement analytique
Le prolongement analytique le long d'un chemin j constitue le probleme numerique essen- tiel de l'algorithme de Balser. A l'exception du dernier niveau ou les series sont convergentes, l'origine est en general un point singulier irregulier de l'equation dierentielle dont est solu- tion j+1(t). Il est donc impossible de calculerj+1(t) au voisinage de l'origine autrement que par la methode des transformees de Laplace iterees elle-m^eme. Mais pour calculer j+1(t) aux abscisses denies par les formules de quadrature, nous devons utiliser une methode numerique ecace pour eectuer le prolongement analytique.
Le prolongement analytique va ainsi se faire en deux etapes. Soit Pj un point regulier du chemin j, ni trop loin ni trop pres de l'origine, excepte pour le dernier niveau ou Pr est l'origine O. On calcule d'une part j+1(t) aux abscisses de quadrature situees entre l'origine
O et le point Pj en appelant recursivement l'algorithme de Balser. D'autre part, le calcul de
j+1(t) aux abscisses de quadrature situees au-dela dePj se fait par une methode de prolonge- ment analytique telle que la methode de Runge-Kutta, en utilisant l'equation dierentielle et les conditions initiales au pointPj obtenues prealablement par l'algorithme de Balser lui-m^eme (gure 5).
88
O
z }| {
Algorithme
de Balser Runge-Kutta
z }| {
C.I.
P
j
-
Figure 5 : Prolongement analytique
A chaque niveau, le prolongement analytique se fait donc de la m^eme maniere : de l'origine au pointPj, on fait appel recursivement a la methode des transformees de Laplace iterees; au-dela de Pj, on utilise une autre methode. On peut egalement utiliser ce procede pour calculer la sommef(x) dans tout le plan complexe.
Dierentes methodes de prolongement analytique sont etudiees. Celle que nous utilisons est la methode de Runge-Kutta a partir de conditions initiales (exactes a l'origineO pour le dernier niveau, numeriques en Pj pour les autres). Elle est precise tant que le chemin d'integration j passe susamment loin des singularites et tant que l'ordre des equations dierentielles est relativement faible.
Si l'ordre de l'equation dierentielle dont est solution ^j+1(t) est eleve, de l'ordre de 7 ou 8 pour ^r +1(t) par exemple, et si le rayon de convergence de la serie est faible (par exemple 0:25), la longueur du pas d'integration utilise dans la methode de Runge-Kutta doit ^etre choisie tres petit. Ceci s'explique par le fait que dans ce cas, les derivees vont ^etre tres grandes en valeur absolue, par exemple de l'ordre de k!4k (pour la derivee k-ieme et pour un rayon de convergence de 0:25.
D'autres methodes sont en cours d'etude an d'obtenir des accelerations de convergence en vue d'ameliorer le prologement analytique. Certaines ont ete exposees dans un precedent ar- ticle [16]. D'autres (les approximants de Pade notamment) sont etudiees par C. Chay [7].
J. Thomann et moi-m^eme sommes egalement en train de tester la methode d'acceleration de convergence decrite par J.-P. Ramis et J. Martinet qui consiste a appliquer la transformee de Borel-Laplace f(x) = Lk:dSB^kf^(x) a une serie convergente ^f(x) (k depend de la localisation des singularites de f(x)), pour obtenir la sommef(x) dans lek-disque de Borel maximal.
4.4. Logiciel Compas
Le logiciel Compas permet de choisir des methodes de calcul sur des chemins du plan complexe et de calculer et representer graphiquement les solutions d'equations dierentielles ordinaires a coecients polynomiaux sur ces chemins. La multisommation (methode de Balser) est integree a Compas et utilisee en tant que methode de prolongement analytique.
Pour calculer les transformees de Laplace iterees et donc la somme d'une serie, nous devons 89
choisir un chemin d'integration pour chaque sous-serie associee a un plan de Borel. Ce chemin doit eviter le voisinage des singularites. Une methode de calcul est associee a chaque element de chemin (segment, arc de cercle ou toute autre courbe). Par exemple, si la methode est de type Serie, le prolongement analytique se fait en appelant l'algorithme de Balser. Nous utilisons ainsi le logiciel Compas comme outil interactif de prolongement analytique, ce logiciel permettant de lier a des chemins du plan complexe des methodes de prolongement. Prevue dans Compas, la visualisation des transformees de Borel sur les chemins dans les dierents plans permet d'optimiser les chemins et donc d'ameliorer la precision du resultat.