Savoir résoudre une équation différentielle de la forme y′=ay+f - Exercice 5
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Soit (E) l'équation différentielle y′=−6y+30x−7 .
Question 1
On note h une fonction affine qui est une solution particulière de (E) . Déterminer l'expression de h.
Correction
Nous savons que h une fonction affine qui est une solution particulière de (E) . On pose alors h(x)=ax+b où a et b sont des réels. h est dérivable sur R et on a : h′(x)=a . Comme h est une solution de l'équation (E), on a alors : h′(x)=−6h(x)+30x−7 a=−6(ax+b)+30x−7 a=−6ax−6b+30x−7 a+6ax+6b−30x+7=0 (6a−30)x+a+6b+7=0 L'expression (6a−30)x+a+6b+7 est égale à 0 si et seulement si6a−30=0eta+6b+7=0 . Nous traduisons cela à l'aide d'un système que nous allons résoudre : {6a−30a+6b+7==00 équivaut successivement à : {6aa+6b+7==300 {aa+6b+7==6300 {aa+6b+7==50 {a5+6b+7==50 {a6b+12==50 {a6b==5−12 {ab==56−12 {ab==5−2 Il en résulte donc que la fonction h(x)=5x−2 est une solution particulière de (E) .
Question 2
Résoudre alors l'équation (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 .
Soit (E) l'équation différentielle y′=−6y+30x−7. Suite au rappel, ci dessous, nous écrivons : y′=−6y+30x−7 A l'aide de la question 1, nos avons obtenu une solution particulière de l'équation (E) . Il ne nous reste plus qu'à déterminer les solution de l'équation y′=−6y qui ne sont autre que les fonctions x↦ke−6x où k∈R . Finalement, les solutions de l'équation (E) sont donc les fonctions définies sur R par m(x)=ke−6x+h(x) c'est à dire m(x)=ke−6x+5x−2 où k∈R
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