Savoir résoudre une équation différentielle de la forme y′=ay+b avec une condition - Exercice 1
15 min
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Question 1
Résoudre l'équation différentielle suivante : y′=5y−20 tel que f(0)=1
Correction
Soit l’équation différentielle y′=ay+b où a et b sont deux réels, 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−ab où k est une constante réelle.
La fonction f0(x)=−ab est appeleˊe solution particulieˋre constante de l'équation différentielle.
On identifie ici que : a=5 et b=−20. Il en résulte que les solutions de l'équation sont alors : f(x)=ke5x−5(−20) où k est une constante réelle. Finalement : f(x)=ke5x+4 où k est une constante réelle Or on sait que f(0)=1 , il vient alors que : f(0)=1 équivaut successivement à : ke5×0+4=1 ke0+4=1 or e0=1 k+4=1 k=1−4 D'où : k=−3 Il en résulte que la solution de l'équation différentielle y′=5y−20 tel que f(0)=1 est alors :
f(x)=−3e5x+4
Question 2
Résoudre l'équation différentielle suivante : y′=4y+12 tel que f(2)=−2
Correction
Soit l’équation différentielle y′=ay+b où a et b sont deux réels, 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−ab où k est une constante réelle.
La fonction f0(x)=−ab est appeleˊe solution particulieˋre constante de l'équation différentielle.
On identifie ici que : a=4 et b=12. Il en résulte que les solutions de l'équation sont alors : f(x)=ke4x−412 où k est une constante réelle. Finalement : f(x)=ke4x−3 où k est une constante réelle Or on sait que f(2)=−2 , il vient alors que : f(2)=−2 équivaut successivement à : ke4×2−3=−2 ke8=−2+3 ke8=1 k=e81
e−a=ea1
D'où : k=e−8 Il en résulte que la solution de l'équation différentielle y′=4y+12 tel que f(2)=−2 est alors : f(x)=e−8×e4x−3 que l'on peut écrire :
eaeb=ea+b
f(x)=e4x−8−3
Question 3
Résoudre l'équation différentielle suivante : y′=−2y+14 tel que f(1)=10
Correction
Soit l’équation différentielle y′=ay+b où a et b sont deux réels, 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−ab où k est une constante réelle.
La fonction f0(x)=−ab est appeleˊe solution particulieˋre constante de l'équation différentielle.
On identifie ici que : a=−2 et b=14. Il en résulte que les solutions de l'équation sont alors : f(x)=ke−2x−(−2)14 où k est une constante réelle. Finalement : f(x)=ke−2x+7 où k est une constante réelle Or on sait que f(1)=10 , il vient alors que : f(1)=10 équivaut successivement à : ke−2×1+7=10 ke−2=10−7 ke−2=3 k=e−23
e−a=ea1
D'où : k=3e2 Il en résulte que la solution de l'équation différentielle y′=−2y+14 tel que f(1)=10 est alors : f(x)=3e2×e−2x+7 que l'on peut écrire :
eaeb=ea+b
f(x)=3e−2x+2+7
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