En mathématiques, et plus précisément en analyse et en algèbre différentielle (en), le théorème de Liouville, formulé par Joseph Liouville dans une série de travaux concernant les fonctions élémentaires entre 1833 et 1841, et généralisé sous sa forme actuelle par Maxwell Rosenlicht en 1968, donne des conditions pour qu'une primitive puisse être exprimée comme combinaison de fonctions élémentaires, et montre en particulier que de nombreuses primitives de fonctions usuelles, telle que la fonction d'erreur, qui est une primitive de e − x 2, ne peuvent s'exprimer ainsi. Définitions Un corps différentiel est un corps commutatif K, muni d'une dérivation, c'est-à-dire d'une application de K dans K, additive (telle que), et vérifiant la « règle du produit »:. Si K est un corps différentiel, le noyau de, à savoir est appelé le corps des constantes, et noté Con( K); c'est un sous-corps de K. Étant donnés deux corps différentiels F et G, on dit que G est une extension logarithmique de F si G est une extension transcendante simple de F, c'est-à-dire que G = F ( t) pour un élément transcendant t, et s'il existe un s de F tel que.
Théorème: Si $f$ est une fonction holomorphe et bornée sur $\mathbb C$, alors $f$ est constante. U ne des applications les plus classiques du théorème de Liouville est la démonstration du théorème de d'Alembert - tout polynôme sur $\mathbb C$ non constant admet une racine dans $\mathbb C$ - Soit en effet $P$ un tel polynôme et supposons que $P$ ne s'annule pas. On pose $f=1/P$. Puisque $P$ ne s'annule pas, $f$ est holomorphe sur $\mathbb C$; en outre, $f$ est bornée. En effet, si $|z|$ tend vers l'infini, il est clair que $|f(z)|$ tend vers 0, donc il existe $M$ tel que $f$ est bornée pour les $z$ avec $|z|>M$. D'autre part $f$ est bornée sur tout compact, en particulier sur l'ensemble des $z$ avec $|z|\leq M$. Il en résulte, d'après le théorème de Liouville, que $f$ est constante, ce qui est absurde! Ce théorème est en fait dû à Cauchy en 1844, mais le mathématicien allemand Berchardt (qui succède à Crelle en 1855 à la tête du célèbre journal qui porte son nom) en prend connaissance lors d'un exposé de Liouville et le lui attribue.