Un exercice classique dont il faut maîtriser la démarche.
Question 1
On recherche les solutions de l'équation différentielle (E) suivante : 4y′+y=x+6
Déterminer une fonction affine g qui soit solution de (E).
Correction
Si g est une une fonction affine alors on a : g(x)=ax+b(a;b)∈R2 Donc, en injectant ceci dans l'équation différentielle (E), on trouve que : 4a+ax+b=x+6ax+b+4a=x+6⟹{ab==12 D'où : g(x)=x+2
Question 2
Soit (E1) l'équation sans second membre issue de (E). Démontrer que, si f est solution de (E) alors h=f−g est solution de (E1).
Correction
Si f est solution de (E), alors ∀x∈R, on a : 4f′(x)+f(x)=x+6 Or, on sait déjà que g est solution de (E), donc que l'on a : 4g′(x)+g(x)=x+6 Ainsi, en soustrayant membres à membres les deux égalités précédentes, on trouve que : 4(f′(x)−g′(x))+(f(x)−g(x))=x+6−(x+6) Soit encore : 4(f′−g)′(x)+(f−g)(x)=0⟺4h′(x)+h(x)=0 Donc, si f est solution de (E) alors h=f−g est solution de (E1).
Question 3
Réciproquement, démontrer que si, h est solution de (E1) alors f=g+h est solution de (E).
Correction
Supposons que h est solution de (E1). Dans ce cas, on a : 4h′(x)+h(x)=0 Or, on sait déjà que g est solution de (E), donc que l'on a : 4g′(x)+g(x)=x+6 Ainsi, en ajoutant membres à membres les deux égalités précédentes, on trouve que : 4(h′(x)+g′(x))+(h(x)+g(x))=0+x+6 Soit encore : 4(h′+g′)(x)+(h+g)(x)=x+6⟺4f′(x)+f(x)=x+6 Donc, si h est solution de (E1) alors f=g+h est solution de (E).
Question 4
Résoudre l'équation (E1).
Correction
L'équation (E1) est : 4y′+y=0⟺yy′=−41⟺dxd(ln(y(x)))=−41⟹ln(y(x))=−41x+k(k∈R)⟹y(x)=e−41x+k Soit : y(x)=e−41x×ek Posons A=ek∈R, ce qui nous donne : y(x)=Ae−41xA∈R Or on sait que h est solution de (E1), ce qui implique que : h(x)=Ae−41xA∈R
Question 5
En déduire toutes les solutions de (E).
Correction
Toutes les solutions f de (E) vont s'écrire f=h+g. Ce qui nous donne alors : f(x)=Ae−41x+x+2A∈R
Question 6
Déterminer la solution de (E) qui satisfait à f(0)=4.
Correction
Si f satisfait à f(0)=4 alors on obtient : f(0)=4⟺Ae−410+0+2⟺A+2=4⟺A=2 D'où : f(x)=2e−4x+x+2
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