4 Equation à coefficients non constants On considère l`équation

1 Soit l'équation différentielle du second ordre : (E) : y" 2 y' 3 y = 4 ex 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
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).
3° Déduire du 1° et du 2° l'ensemble des solutions de l'équation (E).
4° Déterminer la solution particulière de l'équation (E) prenant la valeur 1 pour x = 0 et la valeur 0 pour x = 1.
2 Soit l'équation différentielle du second ordre : (E) : y" 4 y' + 4 y = 8 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
2° Déterminer les nombres réels a, b, c pour que la fonction g définie sur IR par g (x) = a x2 + b x + c soit solution de l'équation (E).
3° Déduire du 1° et du 2° l'ensemble des solutions de l'équation (E).
4° Déterminer la solution particulière f de l'équation (E) qui vérifie les conditions initiales : f (0) = 0 et f '(0) = 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
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).
3° Déduire du 1° et du 2° l'ensemble des solutions de l'équation (E).
4° Déterminer la solution particulière de l'équation (E) prenant la valeur 2 pour x = 0 et pour x =
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'.
a) Résoudre l'équation différentielle (E)
b) Déterminer la solution particulière de (E) qui vérifie f (0) = 1.
5 On considère l'équation différentielle (E) (x + 1) y' + y = 1
x + 1
y est une fonction de la variable réelle x, définie et dérivable sur ] 1 ; + [ et y' sa fonction dérivée.
1° Démontrer que les solutions sur ] 1 ; + [ de l'équation différentielle (E0) ( 1 + x) y' + y = 0
sont les fonctions définies par h (x) = k
x + 1k est une constante réelle quelconque.
2° Soit g la fonction définie sur ] 1 ; + [ par : g (x) = ln (x + 1)
1 + x
Démontrer que la fonction g est une solution particulière de l'équation différentielle (E).
3° En déduire l'ensemble des solutions de l'équation différentielle (E).
4. Déterminer la solution f de l'équation différentielle (E) qui vérifie la condition initiale f (0) = 2.
6 On se propose de résoudre sur l'intervalle ]0 ; + [ l'équation différentielle : (E) x y' y = ln x
1° Déterminer les nombres réels a et b tels que la fonction g définie sur ] 0 ; + [ par g (x) = a ln x + b soit une solution
particulière de l'équation (E).
2° Résoudre sur ] 0 ; + [ l'équation différentielle : (E') : x y' y = 0
3° En déduire la solution générale de (E).
1 Soit l'équation différentielle du second ordre : (E) : y" 2 y' 3 y = ex 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'.
a) Résoudre l'équation différentielle (E)
a (x) = x2 1 et b (x) = 2 x et b (x)
a(x) = 2 x
x2 1
Une primitive de b
a est la fonction F définie par F (x) = ln (x2 1)
Les solutions sont les fonctions définies par f (x) = k e ln (x2 1) = k
eln (x2 1) = k
x2 1
b) Déterminer la solution particulière de (E) qui vérifie f (0) = 1.
f (0) = 1 k
02 1 = 1 k = 1 et f (x) = 1
x2 1
5 On considère l'équation différentielle (E) (x + 1) y' + y = 1
x + 1y est une fonction de la variable réelle x, définie et dérivable sur ]
1 ; + [ et y' sa fonction dérivée. 1° Démontrer que les solutions sur ] 1 ; + [ de l'équation différentielle
(E0) ( 1 + x) y' + y = 0 sont les fonctions définies par h (x) = k
x + 1k est une constante réelle quelconque.
a (x) = 1 + x et b (x) = 1. b (x)
a(x) = 1
x + 1
Une primitive de b
a est la fonction F définie par F (x) = ln (x + 1)
Les solutions sont les fonctions définies par f (x) = k e ln (x + 1) = k
eln (x + 1) = k
x + 1
2° Soit g la fonction définie sur ] 1 ; + [ par : g (x) = ln (x + 1)
1 + x
Démontrer que la fonction g est une solution particulière de l'équation différentielle (E).
g '(x) =
1
1 + x × (x + 1) ln (x + 1) × 1
(x + 1)2 = 1 ln (x + 1)
(x + 1)2
(x + 1) g '(x) + g (x) = (x + 1) × 1 ln (x + 1)
(x + 1)2 + ln (x + 1)
x + 1 = 1 ln (x + 1)
x + 1 + ln (x + 1)
x + 1 = 1
x + 1
Donc g est solution de (E)
3° En déduire l'ensemble des solutions de l'équation différentielle (E).
Les solutions sont les fonctions définies sur ] 1 ; + [ par f (x) = k
x + 1 + ln (x + 1)
1 + x = k + ln (x + 1)
x + 1
4° Déterminer la solution f de l'équation différentielle (E) qui vérifie la condition initiale f (0) = 2.
f (0) = 2 k + ln (1 + 0)
1 + 0 = 2 k = 2. f est donc définie sur ] 1 ; + [ par f (x) = 2 + ln (x + 1)
x + 1
6 On se propose de résoudre sur l'intervalle ]0 ; + [ l'équation différentielle : (E) x y' y = ln x 1° Déterminer les nombres réels
a et b tels que la fonction g définie sur ] 0 ; + [ par g (x) = a ln x + b soit une solution particulière de l'équation (E).
g (x) = a ln x + b et g '(x) = a
x
g solution de (E) si, et seulement si, pour tout réel x :
x g '(x) g (x) = ln x x × a
x a ln x + b = ln x a + b a ln x = ln x
Par identification on prend a et b solutions du système
a = 1
a + b = 0
a = 1
b = 1 et g (x) = ln x x
2° Résoudre sur ] 0 ; + [ l'équation différentielle : (E') : x y' y = 0
a (x) = x ; b (x) = 1 et b (x)
a(x) = 1
x
Une primitive de b
a est la fonction F définie sur ] 0 ; + [ par F (x) = ln (x)
Les solutions sont les fonctions définies par f (x) = k eln x = k x
3° En déduire la solution générale de (E)
Les solutions sont les fonctions définies sur ] 0 ; + [ par f (x) = k x ln x + 1
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