En notant X(t) =
f(t)
f0(t)
.
.
.
f(n−1)(t)
, déterminer la matrice Ade Mn(R)et la fonction B:I→Rn
telles que :
fvérifie (E)⇐⇒ X0(t) + AX(t) = B(t).
On note l’équation différentielle de droite (E0).
3. Soit t0∈R. Montrer que :
X0(t) + AX(t)=0pour tout t∈R⇐⇒ X(t) = e(t0−t)AX(t0)pour tout t∈R.
Pourquoi l’ensemble des solutions de l’équation homogène décrite ici est-il de dimension n? Donner
une base de cet ensemble.
4. Montrer que X:I→Rnvérifie (E0)si et seulement si quelque soit t0dans I:
X(t) = e(t0−t)AX(t0) + Zt
t0
e(u−t)AB(u)du.
5. Constater que l’ensemble des solutions de (E)est un espace affine de dimension n.
Exercice 6 : équations différentielles accessibles d’ordre deux
1. Résolution de l’équation homogène y00 +ay0+by = 0 sur R, où aet bsont des réels.
Vérifier que si rest une racine réelle du polynôme r2+ar +b= 0,y(t) = ert est solution de
l’équation. Montrer que si rest une racine double du polynôme r2+ar +b= 0, alors y(t) = tert
est solution de l’équation. Conclure dans le cas où b2−4ac est positif ou nul.
2. Résolution de l’équation homogène y00 +w2y= 0, où west un réel.
Comme précédemment, vérifier que les applications à valeurs complexes y(t) = eiwt et ¯y(t) = e−iwt
sont solutions de l’équation. En déduire l’ensemble des solutions à valeurs réelles.
3. Résoudre y00 + 4y= 4xen remarquant l’existence d’une solution particulière simple.
Exercice 7 : lemme de Gronwall
1. Soient y,φet ψtrois fonctions continues et positives sur un intervalle I= [a, b]. Montrer que si
y(t)≤φ(t) + Zt
a
y(s)ψ(s)ds pour tout t∈I
alors :
y(t)≤φ(t) + Zt
a
φ(s)ψ(s) exp Zt
s
ψ(u)duds pour tout t∈I.
On pourra par exemple dériver la fonction f:t7→ e−Rt
aψ(s)ds Rt
aψ(s)y(s)ds, utiliser l’hypothèse,
intégrer le résultat, puis réutiliser l’hypothèse pour conclure.
2. En utilisant ce qui précède avec une fonction φbien choisie, montrer que si cest une constante
positive telle que
y(t)≤c+Zt
a
y(s)ψ(s)ds pour tout t∈I,
alors :
y(t)≤cexp Zt
a
ψ(s)dspour tout t∈I.
3. En déduire que si y1et y2sont deux solutions de l’équation différentielle y0(t)−u(t)y(t) = v(t), où u
et vsont des fonctions continues sur I= [a, b], alors |y1(t)−y2(t)|≤|y1(a)−y2(a)|exp Rt
a|u(s)|ds
pour tout tdans I.
2