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Exercices types : 11ère partie - Exercice 2

10 min
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Question 1

Soit (E)\left(E\right) l'équation différentielle y+2y=by'+2y=bbb est un réel.
On admet que l'unique solution f(x)f\left(x\right) de (E)\left(E\right) telle que f(2)=0f\left(2\right)=0 et f(1)=3f\left(1\right)=3 . Déterminer la valeur de bb.

Correction
Soit l’équation différentielle y=ay+by'=ay+baa et bb sont deux réels, avec a0a\ne 0 , et où yy est une fonction de la variable xx définie et dérivable sur R\mathbb{R}.
  • Les solutions de cette équation sont les fonctions de la forme : f(x)=keaxbaf\left(x\right)=ke^{ax} -\frac{b}{a}kk est une constante réelle.
  • La fonction f0(x)=baf_0\left(x\right)=-\frac{b}{a} est appeleˊe solution particulieˋre constante\text{\red{appelée solution particulière constante}} de l'équation différentielle.
  • Nous savons que y+2y=by'+2y=b qui s'écrit également y=2y+by'=-2y+b
    On identifie ici que : a=2a=-2 et b=bb=b.
    Il en résulte que les solutions de l'équation sont alors : f(x)=ke2xb(2)f\left(x\right)=ke^{-2x} -\frac{b}{\left(-2\right)}kk est une constante réelle.
    Finalement :
    f(x)=ke2x+b2f\left(x\right)=ke^{-2x} +\frac{b}{2}
    kk est une constante réelle.
    Maintenant, nous cherchons l'unique solution vérifiant f(2)=0f\left(2\right)=0 et f(1)=3f\left(1\right)=3.
    A l'aide de la condition f(2)=0f\left(2\right)=0, nous allons déterminer la valeur du réel kk.
    ke2×2+b2=0ke^{-2\times 2} +\frac{b}{2} =0
    ke4=b2ke^{-4} =-\frac{b}{2}
    k=(b2)e4k=\frac{\left(-\frac{b}{2} \right)}{e^{-4} }
    k=(b2)1e4k=\frac{\left(-\frac{b}{2} \right)}{\frac{1}{e^{4} } }
    k=b2×e41k=-\frac{b}{2} \times \frac{e^{4} }{1}
    k=be42k=-\frac{be^{4} }{2}
    Finalement : f(x)=be42e2x+b2f\left(x\right)=-\frac{be^{4} }{2} e^{-2x} +\frac{b}{2} que l'on peut aussi écrire
    f(x)=b2e2x+4+b2f\left(x\right)=-\frac{b }{2} e^{-2x+4} +\frac{b}{2}

    A l'aide de la deuxième condition f(1)=3f\left(1\right)=3 nous allons pouvoir déterminer la valeur de bb.
    f(1)=3f\left(1\right)=3
    b2e2×1+4+b2=3-\frac{b}{2} e^{-2\times 1+4} +\frac{b}{2} =3
    b2e2+b2=3-\frac{b}{2} e^{2} +\frac{b}{2} =3
    b2(e2+1)=3\frac{b}{2} \left(-e^{2} +1\right)=3
    b2=3e2+1\frac{b}{2} =\frac{3}{-e^{2} +1}
    Il en résulte donc que :
    b=6e2+1b=\frac{6}{-e^{2} +1}