Savoir résoudre une équation différentielle de la forme y′=ay+f - Exercice 3
8 min
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Soit (E) l'équation différentielle y′=−y+e−x .
Question 1
Montrer que la fonction g définie sur R par g(x)=(x+1)e−x est une solution de l'équation différentielle (E) .
Correction
La fonction g est une solution de l'équation différentielle (E) si et seulement si : g′(x)=−g(x)+e−x D’une part : Soit g(x)=(x+1)e−x.
(eu)′=u′eu
(uv)′=u′v+uv′
Ici on reconnaît la forme : (uv)′=u′v+uv′ avec u(x)=x+1 et v(x)=e−x. Ainsi : u′(x)=1 et v′(x)=−e−x. Il vient alors que : g′(x)=1×e−x+(x+1)×(−e−x) g′(x)=e−x+x×(−e−x)+1×(−e−x) g′(x)=e−x−xe−x−e−x g′(x)=−xe−x D’autre part : −g(x)+e−x=−(x+1)e−x+e−x −g(x)+e−x=−(x×e−x+1×e−x)+e−x −g(x)+e−x=−(xe−x+e−x)+e−x −g(x)+e−x=−xe−x−e−x+e−x −g(x)+e−x=−xe−x Il en reˊsulte donc que :g′(x)=−g(x)+e−x Nous venons donc de montrer que la fonction g définie sur R par g(x)=(x+1)e−x est bien une solution de l'équation différentielle (E) .
Question 2
En déduire toutes les solutions de l'équation différentielle (E) .
Correction
Soit l’équation différentielle y′=ay+f où a est un réel avec a=0 et f une fonction définie sur un intervalle I .
Les solutions de cette équation sont les fonctions de la forme : m(x)=keax+z(x) où la fonction x↦keax est solution de l'équation y′=ay avec k est une constante réelle et la fonction z une solution particulière de l'équation y′=ay+f .
L'équation différentielle s'écrit : y′=−1y+e−x . On identifie ici que : a=−1 et f(x)=e−x . D'après la question 1, nous avons démontré que la fonction g est une solution particulieˋre de l'équation différentielle (E). Il en résulte que les solutions de l'équation différentielle (E) sont alors : m(x)=ke−x+g(x) où k est une constante réelle. Finalement, les solutions de l'équation (E) sont donc les fonctions définies sur R par
m(x)=ke−x+(x+1)e−x
où k est une constante réelle.
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