Dimanche 31 Mai 2015 Année 2014-2015
ANALYSE II
CORRIG ´
E DE
LEXAMEN
No2
1Déterminer a, b et cR.tels que : 2
x(x21) =a
x+b
x1+c
x+ 1·
2Résoudre : x(x21)y+ 2y=x2.
Exercice.
Solution/
12
x(1 x2)=2
x1
x11
x+ 1·
2Équation homogène associée : x(x21)y+ 2y= 0,après séparation des variables, on a :
y
y=2
x(1 x2)=2
x1
x11
x+ 1 =ln
y
C= ln
x2
x21
=y=Cx2
x21·
Variation de la constante, posons :
y=C(x)x2
x21,substituant dans l’équation différentielle donnée, on trouve après calcul :
x(x21)C(x)x2
x21=x2=C(x) = 1
x=C(x) = ln |x|+k, k R.
D’où la solution générale y=(ln |x|+k)x2
x21,ou encore pour kconstante réelle quelconque,
y=x2ln |x|
x21+k x2
x21·
1Toutes les solutions sont continues en x= 0.
2Pour k= 0, seule la fonction c’est à dire la fonction y=x2ln |x|
x21est continue sur
Rtout entier.
x2ln |x|
x21=
x2ln(x)
x21,si x]− ∞,1[]1,0[,
1
2,si x=±1,
0,si x= 0,
x2ln x
x21,si x]0,1[]1,+[.
Remarque.
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Résoudre les équations différentielles suivantes :
y=y
x+y2
x2(A)
yy
p1y2=π
2cos x(B)
Exercice.
Solution/
L’équation y=y
x+y2
x2(A), peut être considérée comme différentielle HOMOGÈNE, ou de
RICATTI, ou BERNOULLI.
1ère Méthode : Équation différentielle homogène
y=y
x+y2
x2
posons t=y
x=y=xt =y=xt+t
remplaçons dans l’équation, on trouve :
xt=t2=dt
t2=dx
x=⇒ −1
t= ln x+K1=1
t=x
y= ln x+K1.
On a finalement :
y=x
ln x+K1
=x
ln xK1
=x
ln x+C·
2ème méthode : Équation de Bernoulli ( ou de RICATTI avec solution particulière y0= 0) :
y= 0 est une solution de l’équation (A), cherchons d’autres solutions non nulles.
y=y
x+y2
x2x2yxy =y2(A1).
Posons donc z=1
y,l’équation (A1)devient x2z+xz =1 (A2), c’est une équation linéaire
du premier ordre avec second membre. L’équation homogène associée est donc
x2z+xz = 0 =z
z=1
x=ln
z
K=ln |x|=z=K
x·
Pour donner la solution générale de (A2), il suffit de faire la variation de la constante, posons
alors z=K(x)
x,en substituant dans (A2), on trouve
x2K(x)
x=1 =K(x) = 1
x=K(x) = ln x+C.
On a : z=ln x+C
x=1
y,=y=x
ln x+C·
Finalement les solutions de (A)sont :
y= 0,et y=x
Cln x·
(B)yy
p1y2=π
2cos x=ydy
p1y2=π
2cos xdx,
par intégration on obtient :
p1y2=π
2sin x+C, ou encore
y2+π
2sin x+C2
= 1.
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Soit l’équation différentielle du premier ordre :
xyyxy2=9x3,(F);
1Déterminer a > 0pour que y0=ax soit une solution particulière de (F)
2Soit le changement de fonction inconnue :
y=y01
u·
Montrer que (F)se transforme en
xu+ (6x2+ 1)u=x(G)
3Résoudre (G)sur ]0,[.
4En déduire les solutions de (F)sur ]0,[.
Exercice.
Solution/
1Soit y0=ax, substituant dans (F), on a :
x(a)(ax)x(a2x2) = a2x3=9x3a2= 9 comme a > 0, donc a= 3.
2Soit y= 3x1
u,en substituant dans (F), on a
x3 + u
u23x1
ux9x2+1
u26x
u=9x3
=xu+ (6x2+ 1)u=x. (G)
3Résolution de (G)sur ]0,[.
Soit xu+ (6x2+ 1)u= 0 (G.H), l’équation homogène associée. On a
u
u=6x2+ 1
x=6x1
x
=ln
u
K=3x2ln x=u=Ke3x2
x·
On a donc la solution générale de l’équation homogène. Pour résoudre (G), utilisons la variation
de la constante, posons :
u=K(x)e3x2
x,dérivons et remplaçons dans (G), on obtient :
xK(x)e3x2
x=x=K(x) = xe3x2=K(x) = e3x2
6+C1.
D’où la solution générale de (G) :
u=K(x)e3x2
x= e3x2
6+C1!e3x2
x=1
6x+C1
e3x2
x·
4La solution générale de (F) est donnée par
y= 3x1
u= 3x1
1
6x+C1
e3x2
x
= 3x6x
1 + Ce3x2= 3xCe3x2
C+e3x2·
Il y’a aussi la fonction y0= 3xqui est une solution particulière, (cas C→ ∞).
Pour le cas où C= 0, on a l’autre solution particulière y0=3x.
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Soient l’équation différentielle du deuxième ordre,
x2y′′ 2xy+ 2y= 3x25x, (E);
et l’équation différentielle homogène associée :
x2y′′ 2xy+ 2y= 0,(E.H.).
1Trouver toutes les valeurs nNpour que y0=xnsoit une solution de l’équation
(E.H.).
2En déduire la solution générale de l’équation différentielle (E.H.).
3Dans (E), on pose y=x.z, zest une fonction de x. Donner l’équation diffé-
rentielle que
vérifie z, puis donner sa solution générale.
4En déduire la solution générale de l’équation différentielle (E).
Exercice.
Solution/
1Soit y0=xn, remplaçons dans (E.H.), on obtient
n(n1)xn2nxn+ 2xn= 0 (n23n+ 2)xn= 0,donc ndoit vérifier n23n+ 2 = 0,
équation qui a pour racines n0= 1 et n1= 2.
2Les deux fonctions xet x2, sont donc solutions de l’équation homogène, comme elles sont
linéairement indépendantes, la solution générale de l’équation différentielle linéaire homogène
de deuxième ordre (E.H) est donc
Y=c1x+c2x2.
3Posons y=xz =y=xz+z=y′′ =xz′′ + 2z, remplaçons dans (E), on obtient :
x2(xz′′ + 2z)2x(xz+z) + 2xz = 3x25x
x3z′′ = 3x25x
z′′ =3
x5
x2(K)
La solution générale de l’équation différentielle (K) est donc :
z= 3 ln |x|+5
x+C1=z= 3(xln |x| x) + 5 ln |x|+xC1+A= (3x+ 5) ln |x|+xB +A.
4La solution générale de (E), est donc :
y=xz =x(3x+ 5) ln |x|+xB +A) = (3x2+ 5x) ln |x|+Ax +Bx2.
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