Les équations différentielles

Savoir résoudre une équation différentielle de la forme y=ay+fy'=ay+f - Exercice 1

5 min
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Soit (E)\left(E\right) l'équation différentielle y=2y+6x+10y'=2y+6x+10 .
Question 1

Montrer que la fonction gg définie sur R\mathbb{R} par g(x)=3x132g\left(x\right)=-3x-\frac{13}{2} est une solution de l'équation différentielle (E)\left(E\right) .

Correction
La fonction gg est une solution de l'équation différentielle (E)\left(E\right) si et seulement si :
g(x)=2g(x)+6x+10g'\left(x\right)=2g\left(x\right)+6x+10
D’une part :\text{\blue{D'une part :}}
g(x)=3g'\left(x\right)={\color{blue}{-3}}
D’autre part :\text{\blue{D'autre part :}}
2g(x)+6x+10=2×(3x132)+6x+102g\left(x\right)+6x+10=2\times \left(-3x-\frac{13}{2}\right)+6x+10
2g(x)+6x+10=2×(3x)+2×(132)+6x+102g\left(x\right)+6x+10=2\times \left(-3x\right)+2\times \left(\frac{-13}{2} \right)+6x+10
2g(x)+6x+10=6x13+6x+102g\left(x\right)+6x+10=-6x-13+6x+10
2g(x)+6x+10=32g\left(x\right)+6x+10={\color{blue}{-3}}
Il en reˊsulte donc que :\text{\red{Il en résulte donc que :}} g(x)=2g(x)+6x+10g'\left(x\right)=2g\left(x\right)+6x+10
Nous venons donc de montrer que la fonction gg définie sur R\mathbb{R} par g(x)=3x132g\left(x\right)=-3x-\frac{13}{2} est bien une solution de l'équation différentielle (E)\left(E\right) .
Question 2

En déduire toutes les solutions de l'équation différentielle (E)\left(E\right) .

Correction
Soit l’équation différentielle y=ay+fy'=\red{a}y+\purple{f}aa est un réel avec a0a\ne 0 et f\purple{f} une fonction définie sur un intervalle II .
  • Les solutions de cette équation sont les fonctions de la forme : m(x)=keax+z(x)m\left(x\right)=ke^{\red{a}x}+z\left(x\right) kk est une constante réelle et z(x)z\left(x\right) une solution particulière de l'équation y=ay+fy'=ay+f .
  • L'équation différentielle s'écrit : y=2y+6x+10y'=\red{2}y+\purple{6x+10} . On identifie ici que : a=2\red{a=2} et f(x)=6x+10\purple{f\left(x\right)=6x+10} .
    D'après la question 11, nous avons démontré que la fonction gg est une solution particulieˋre\text{\red{une solution particulière}} de l'équation différentielle (E)\left(E\right).
    Il en résulte que les solutions de l'équation différentielle (E)\left(E\right) sont alors : m(x)=ke2x+g(x)m\left(x\right)=ke^{\red{2}x}+g\left(x\right)kk est une constante réelle.
    Finalement, les solutions de l'équation (E)\left(E\right) sont donc les fonctions définies sur R\mathbb{R} par
    m(x)=ke2x3x132m\left(x\right)=ke^{2x}-3x-\frac{13}{2}
    kk est une constante réelle.