Dimanche 31 Mai 2015 Année 2014-2015
Soient l’équation différentielle du deuxième ordre,
x2y′′ −2xy′+ 2y= 3x2−5x, (E);
et l’équation différentielle homogène associée :
x2y′′ −2xy′+ 2y= 0,(E.H.).
1•Trouver toutes les valeurs n∈Npour que y0=xnsoit une solution de l’équation
(E.H.).
2•En déduire la solution générale de l’équation différentielle (E.H.).
3•Dans (E), on pose y=x.z, où zest une fonction de x. Donner l’équation diffé-
rentielle que
vérifie z, puis donner sa solution générale.
4•En déduire la solution générale de l’équation différentielle (E).
Exercice.
Solution/
1•Soit y0=xn, remplaçons dans (E.H.), on obtient
n(n−1)xn−2nxn+ 2xn= 0 ⇐⇒ (n2−3n+ 2)xn= 0,donc ndoit vérifier n2−3n+ 2 = 0,
équation qui a pour racines n0= 1 et n1= 2.
2•Les 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.
3•Posons y=xz =⇒y′=xz′+z=⇒y′′ =xz′′ + 2z′, remplaçons dans (E), on obtient :
x2(xz′′ + 2z′)−2x(xz′+z) + 2xz = 3x2−5x
x3z′′ = 3x2−5x
z′′ =3
x−5
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.
4•La solution générale de (E), est donc :
y=xz =x(3x+ 5) ln |x|+xB +A) = (3x2+ 5x) ln |x|+Ax +Bx2.