1 Soit l'équation différentielle du second ordre : (E) : y" – 2 y' – 3 y = – e–x dans laquelle y est une fonction de la variable réelle x,
définie et deux fois dérivable sur IR. 1° Résoudre l'équation différentielle (E0) : y" – 2 y' – 3 y = 0
Equation caractéristique : r2 – 2 r – 3 = 0 (r + 1) (r – 3)
Equation différentielle : e– x + e3 x
2° Déterminer une constante réelle A, telle que la fonction g définie sur IR par g (x)=A x e– x soit solution de l'équation différentielle (E)
g (x) = A x e– x ; g '(x) = A e– x – A x e– x et g "(x) = – A e– x – A e– x + A x e– x
g "(x) – 2 g '(x) – 3 g (x) = – 4 e– x – 2 A e– x + A x e– x – 2 A e– x + 2 A x e– x – 3 A x e– x = – 4 e– x
– 4 sa e– x = – 4 e– x A = 1.
g (x) = x e– x
3° Déduire du 1° et du 2° l'ensemble des solutions de l'équation (E).
e– x + e3 x + x e– x
4° Déterminer la solution particulière de l'équation (E) prenant la valeur 1 pour x = 0 et la valeur 0 pour x = – 1.
f (x) = e– x + e3 x + x e– x
f (0) = 1 + = 1
f (–1) = 0 e + e3 – e = 0 + e2 = 1
= 1 –
1 – – e2 = 1
= 0
= 1
2 Soit l'équation différentielle du second ordre : (E) : y" – 4 y' + 4 y = x dans laquelle y est une fonction de la variable réelle x,
définie et deux fois dérivable sur IR. 1° Résoudre l'équation différentielle (E0) : y" – 4 y' + 4 y = 0
Equation caractéristique : r2 – 4 r + 4 = (r – 2)2
Equation différentielle : ( x + ) e2 x
2° Déterminer les nombres réels a et b pour que la fonction g définie sur IR par g (x) = a x + b soit solution de l'équation (E).
g (x) = a x + b ; g '(x) = a et g "(x) = 0
g "(x) – 4 g '(x) + 4 g (x) = 8 x 0 – 4 a + 4 (a x + b) = 8 x – 4 a + 4 b + 4 a x = 8 x
par identification, a et b sont solution du système
– 4 a + 4 b = 0
4 a = 8 a = b = 2.
g (x) = 2 x + 2.
3° Déduire du 1° et du 2° l'ensemble des solutions de l'équation (E).
( x + ) e2 x + 2 x + 2
4° Déterminer la solution particulière f de l'équation (E) qui vérifie les conditions initiales : f (0) = 0 et f '(0) = 0
f (x) = ( x + ) e2 x + 2 x + 2, f '(x) = e2 x + 2 ( x + ) e2 x + 2 = (2 x + + 2 ) e2 x + 2
f (0) = 0 + 2 = 0 et f '(0) = 0 + 2 + 2 = 0
+ 2 = 0
+ 2 + 2 = 0
= – 2
= 0
3 Soit l'équation différentielle du second ordre : (E) : y" – 2 y' + 5 y = 10 dans laquelle y est une fonction de la variable réelle x,
définie et deux fois dérivable sur IR. 1° Résoudre l'équation différentielle (E0) : y" – 2 y' + 5 y = 0
Equation caractéristique : r2 – 2 r + 5 = 0. = 4 – 4 × 5 = – 16 deux solutions 2 + 4 i
2 = 1 + 2 i et r2 = 1 – 2 i
Equation différentielle : ex ( cos (2 x) + sin (2 x))
2° Déterminer une constante réelle A, telle que la fonction g définie sur IR par g (x) = A soit solution de l'équation différentielle (E).
g (x) = A ; g '(x) = g "(x) = 0
g "(x) – 2 g '(x) + 5 g (x) = 10 5 A = 10 A = 2
g (x) = 2
3° Déduire du 1° et du 2° l'ensemble des solutions de l'équation (E).
f (x) = ex ( cos (2 x) + sin (2 x)) + 2
4° Déterminer la solution particulière de l'équation (E) prenant la valeur 0 pour x = 0 et la valeur 2 pour x =
2
f (0) = 0 cos 0 + sin 0 + 2 = 0 = – 2
f
2 = 2 e/2
cos
2 + sin
2 + 2 = 2 e/2 ( × 0 + × 1) = 0 = 0 f (x) = – 2 cos (2 x) ex + 2
4 Equation à coefficients non constants On considère l'équation différentielle
(E) (x2 – 1) y' + 2 x y = 0 où y est une fonction de la variable x, définie et dérivable sur IR, de dérivée y'.