Sujet Type bac : Mise à jour d'un sujet donné en 2007 - Exercice 1
20 min
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On considère l’équation différentielle (E):y′−2y=cos(x)
Question 1
Soient a et b deux réels, et f0 la fonction définie sur R par f0(x)=acos(x)+bsin(x). Déterminer a et b pour que f0 soit solution de l'équation (E).
Correction
f0 est dérivable sur R . Comme f0(x)=acos(x)+bsin(x) alors f0′(x)=−asin(x)+bcos(x) f0 est solution de (E) si et seulement si : f0′(x)−2f0(x)=cos(x) −asin(x)+bcos(x)−2(acos(x)+bsin(x))=cos(x) −asin(x)+bcos(x)−2acos(x)−2bsin(x)=cos(x) (b−2a)cos(x)+(−a−2b)sin(x)=cos(x)+0sin(x) Par identifiant, on a : {(b−2a)(−a−2b)==10 {b−a−2b==1+2a0 {b−a−2(1+2a)==1+2a0 {b−a−2−4a==1+2a0 {b−5a−2==1+2a0 {b−5a==1+2a2 {ba==1+2a−52 {ba==1+2(−52)−52 {ba==1−54−52 {ba==55−54−52 {ba==51−52 Finalement :
Soit l’équation différentielle y′=ay où a est un réel avec a=0, et où y est une fonction de la variable x définie et dérivable sur R.
Les solutions de cette équation sont les fonctions de la forme : f(x)=keax où k est une constante réelle.
On identifie ici que : a=−2 . Il en résulte que les solutions de l'équation sont alors : f(x)=ke−2x où k est une constante réelle. Finalement :
f(x)=ke−2x
où k est une constante réelle.
Question 3
Démontrer que h est solution de (E) si et seulement si h−f0 est solution de (E0).
Correction
D'une part : une fonction h est solution de (E) si et seulement si h′−2h=cos(x) . Notons (1) cette équation . D'autre part : d'après la question 1, nous avons déterminer f0 qui est solution de l'équation (E) ainsi f0′−2f0=cos(x) . Notons (2) cette équation . Par soustraction membre à membre des égalités (1) et (2), on obtient pour tout réel x : h′−2h−(f0′−2f0)=cos(x)−cos(x) h′−2h−(f0′−2f0)=0 h′−2h−f0′+2f0=0 h′−f0′−2h+2f0=0 (h−f0)′−2(h−f0)=0 Il en résulte donc que h−f0 est solution de l'équation (E0):y′−2y=0 . Ainsi nous venons de montrer que h est solution de (E) si et seulement si h−f0 est solution de (E0).
Question 4
En déduire les solutions de (E).
Correction
D'après la question 2, nous avons montrer que
f(x)=ke−2x
où k est une constante réelle est une solution de (E0):y′−2y=0 De plus, d'après la question 3, nous avons également montrer que h est solution de (E) si et seulement si h−f0 est solution de (E0) Autrement dit : h(x)−f0(x)=ke−2x où k est une constante réelle. Ce qui nous permet d'écrire : h(x)=ke−2x+f0(x) h(x)=ke−2x−52cos(x)+51sin(x) Les solutions de (E) sont les fonctions de la forme
h(x)=ke−2x−52cos(x)+51sin(x)
où k est une constante réelle.
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