Analyse/Équation différentielle

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Modèle:Définition

Exemples :

  • y+y=0.
  • y2xy=3.

Équation différentielle du premier ordre

Modèle:Définition

Exemple :

  • y+2y=0.

Équation différentielle linéaire du premier ordre

Modèle:Définition

Exemples :

Résolution

Équation sans second membre

xyy=0
xy=y
y/y=1/x
ln|y|=ln|x|+k
y(x)=exp(ln|x|+k)
y(x)=Kx (avec K = K1 si x>0 ou K = -K1 si x<0) avec K=exp(k)

Exercices

Résoudre xy+2y=0 Modèle:Boîte déroulante

Équation avec second membre

(x+1)y+2y=1/(x+2) (que l'on nomme (1))

  • On y associe une équation sans second membre : (x+1)y+2y=0 (que l'on nomme (0))
  • La solution générale de (1) s'obtient en ajoutant la solution générale de (0) à la solution particulière de (1).
  • On résoud l'équation sans second membre (0). Cela donne la solution générale de (0).

(x+1)y+2y=0
(x+1)y=2y
y/y=2/(x+1)
ln(y)=2ln(x+1)+k
y(x)=exp(2ln(x+1))exp(k)
y(x)=K×1/(x+1)2

  • On cherche la solution particulière de (1). Pour cela on fait varier la constante K. KK(x). Ainsi y(x)=K(x)×1/(x+1)2 et y(x)=K(x)×1/(x+1)2+K(x)×(2/(x+1)3).
    On insère dans (1).
    (x+1)[K(x)×1/(x+1)2+K(x)×(2/(x+1)3)]+2K(x)×1/(x+1)2=1/(x+2)
    K(x)×1/(x+1)=1/(x+2)
    K(x)=(x+1)/(x+2)
    or (x+1)=(x+2)1
    ainsi K(x)=(x+2)/(x+2)1/(x+2)
    K(x)=xln(x+2)+k
  • La solution particulière de (1) est Yp(x)=(xln(x+2))/(x+1)2 et la solution générale de (1) est la somme de la solution générale de (0) et de la solution particulière de (1) soit Y(x)=K/(x+1)2+(xln(x+2))/(x+1)2

Résolution

  • On divise par yn
    A(x)yyn+B(x)y1n=C(x)
    On pose z(x)=y1n
    Ainsi z(x)=(1n)yny
    On obtient (A(x)z(x))/(1n)+B(z)z(x)=C(x)que l'on peut résoudre. On revient ensuite à la fonction y(x)=(z(x))(1/(1n)).

Exemple : xy+y=y3 (ici yn = y3).

  • On divise par y3. Ainsi x×y/y3+y/y3=1 ou xyy3+y2=1.
    On pose z(x)=y2 et z(x)=2y3y et on effectue le changement x/2×z(x)+z(x)=1
  • On résout l'équation sans second membre : x/2×z(x)+z(x)=0
    z(x)=2/x×z(x)
    z(x)/z(x)=2/x
    ln(z(x))=2ln(x)+k
    z(x)=exp(ln(x2)+k)=Kexp(x2) avec K=exp(k)
  • On fait varier la constante K, KK(x)
    z(x)=K(x)×x2 et z(x)=K(x)x2+2K(x)
    On insère dans (1): x/2[K(x)x2+2K(x)x]+K(x)x2=1
    1/2×K(x)x3K(x)x2+K(x)x2=1
    K(x)=2x3
    K(x)=x2+C
    Ainsi z(x)=(2x2+2)x2
    z(x)=1+Cx2
    z(x)=1/y2y2=1/z=1/(1+Cx2)
    Si 1+Cx2>0alors y(x)=±1/1+Cx2

Équation différentielle du deuxième ordre

Modèle:Définition

Exemple :

  • xyy=0