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Problème de Cauchy (calcul diff.)

Posté par
H_aldnoer
23-02-08 à 20:28

Bonjour,

j'ai beaucoup de difficultés sur le problème de calcul diff. que voici :

On examine le problème de Cauchy :
[ \frac{dX}{dt}=exp(-tX) ; X(0)=a ]
sa solution maximale est (J_a, \phi_a) et on a J_a=]\alpha,\beta[ avec -\infty\le\alpha <0< \beta\le +\infty.

1/Dire pourquoi la fonction \phi_a est strictement croissante et pourquoi la limite \lim_{\beta}\,\phi_a=l existe dans ]-\infty,+\infty].

2/Supposons \beta <+\infty. Démontrer qu'on a l=+\infty. En déduire l'existence de p, 0\le p<\beta tel que pour tout t de [p,\beta[ on ait \phi_a(t)\le \phi_a(p)+t-p.

3/Conclure qu'on a \beta=+\infty. Démontrer ensuite 0<l<+\infty (successivement supposer l=+\infty, puis l=0).

4/En considérant la fonction \psi définie sur l'intervalle opposé -J_a par \psi(t)=-\phi_a(-t), obtenir qu'on a \alpha=-\infty, l'existence de \lim_{-\infty}\,\phi_a et -\infty <\lim_{-\infty} \phi_a <0.
---
Mes quelques réponses :
1/ \phi_a est solution donc \frac{d\phi_a(t)}{dt}=exp(-t\phi_a(t))>0 donc \phi_a est strictement croissante.
pour l'existence de la limite, je n'arrive pas à le prouver.

2/ Je n'arrive à rien sur la limite, par contre \phi_a(t)\le \phi_a(p)+t-p me penser aux accroissements finis : \phi_a(t)-\phi_a(p)\le t-p. Il faudrait montrer que le sup\,\phi_a'(t)\le 1 non ?

3/ Les limites ne me parlent absolument pas, je ne vois pas comment m'y prendre.

Merci d'avance.

Posté par
robby3
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 20:53

tu repasses le calcul diff aussi?

Posté par
robby3
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 20:57

y doit y avoir le théorme des bouts là dedans
mais ça fait longtemps que j'ai pas pratiquer

Posté par
H_aldnoer
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 21:11

Non rassure toi!
C'est pour hub...

Le théorème des bouts oui surement, mais quelqu'un peut-il expliciter ?

Posté par
robby3
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 21:18

ahhh
il reprend tout?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 21:21

Salut à tous

1) l'existence de la limite est donnée par un théorème qui porte bien son nom.

2) Comme le dit robby, c'est bien le théorème des bouts qu'il faut utiliser.
Pour la suite de la question, montre que la fonction est positive pour t assez grand et utilise l'équation pour montrer ce que tu proposait sur la dérivée.

3) Pour la première partie : encore théorème des bouts.

Kaiser

Posté par
H_aldnoer
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 21:23

Bonsoir kaiser, est-ce la théorème des bouts dans le 1) aussi ?

Posté par
robby3
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 21:23

salut Kaiser
cet exo c'est un grand classique du théoreme des bouts
(H,dit à Hub de regarder le corrigé de l'épreuve de l'année derniere! )

Posté par
kaiser Moderateur
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 21:24

H_alnoer > non. Plutôt le théorème de la limite monotone.

Kaiser

Posté par
H_aldnoer
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 21:39

Que dis ce théorème ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 21:40

exactement ce qu'il faut : si tu as une fonction définie sur un intervalle et monotone (pas forcément continue) alors f admet des limites à droite et à gauche de tout point.

Kaiser

Posté par
H_aldnoer
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 21:43

Ce qui me gêne c'est que l'intervalle soit fermé en +\infty et ouvert en -\infty.
Cela vient-il du fait que \beta>0 ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 21:45

non, ça vient du fait qu'une fonction ne peut pas tendre vers \Large{-\infty} en croissant.

Kaiser

Posté par
H_aldnoer
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 21:50

Oui, et c'est rassurant!
Après donc dans le 2/ on suppose que \beta<+\infty. Si l<+\infty et alors (\beta,l) est un bout contenu dans la frontière de \mathbb{R}\times M_1(\mathbb{R}) qui est isomorphe à \mathbb{R}\times \mathbb{R}.
Cette frontière est vide donc c'est absurde, l=+\infty ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 21:58

euh, je dois t'avouer que je n'ai pas trop saisi ce que tu as dit (je ne connais pas cette formulation).
J'aurais dis : En supposant \beta%3C+\infty, la solution doit nécessairement être non bornée à son voisinage donc l est nécessairement infini.

Kaiser

Posté par
robby3
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 22:00

(re,Kaiser c'est quoi qui cloche dans la formulation de H_aldnoer?...
c'est quoiM_1(R)?)

Posté par
H_aldnoer
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 22:00

Que dis ton théorème des bouts en fait kaiser ?

Posté par
H_aldnoer
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 22:01

M_1(\mathbb{R}) c'est l'ensemble des matrices réels 1\times 1, c'est bien pour cela que c'est isomorphes à \mathbb{R} !

Posté par
robby3
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 22:11

vazy montre l'isomorphisme

Posté par
H_aldnoer
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 22:16

On prend l'application de \mathbb{R} dans M_1(\mathbb{R}) qui à un réel m associe la matrice (m)...

Posté par
kaiser Moderateur
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 22:17

Citation :
Kaiser c'est quoi qui cloche dans la formulation de H_aldnoer?...


Je n'ai pas dit que ce n'était pas bon mais seulement que je n'ai pas compris la formulation.


Citation :
Que dis ton théorème des bouts en fait kaiser ?


tout d'abord, ce théorème port (au moins) 3 noms différents, les deux autres étant théorème d'explosion et théorème de sortie des compacts dont le nom est peut-être plus explicite.
En effet, il dit que l'on a l'alternative suivante pour la solution maximale d'une équation différentielle du premier ordre X'=F(t,X), t variant sur un certain intervalle I (avec les hypothèses qu'il faut sur F) :

1) soit la borne supérieure \Large{\beta} de l'intervalle de définition de cette solution maximale est égale à la borne supérieure de I
2) soit elle est strictement inférieure et auquel cas, pour tout compact K, il existe un voisinage de \Large{\beta} sur lequel la solution n'intersecte pas le compact K (on dit alors qu'elle sort de tout compact).

Kaiser

Posté par
robby3
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 22:20

derniere question et je vous laisse travailler...

Citation :
théorème d'explosion

>c'est de là que vient la notion d'explosion?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 22:22

plutôt, le nom du théorème vient de la notion d'explosion (c'est assez "visuel" car ça explose que un certain truc tend vers l'infini).

Kaiser

Posté par
robby3
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 22:26

(ok merci pour l'explication )

Posté par
H_aldnoer
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 22:26

Nous avons appris qu'un bout était un couple (a,l) et que ce bout est contenu dans la frontière \Omega=\Omega_1\times \Omega_2 ou \Omega_1 est un ouvert de \mathbb{R} et \Omega_2 est un ouvert de E.
C'est totalement différent ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 22:35

En faisant le rapprochement, je commence vaguement à voir le truc et donc, oui c'est bien la même chose.
cela dit, si tu l'as appris comme ça, continue comme ça.

Kaiser

Posté par
H_aldnoer
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 22:43

Je récupère la définition exacte que j'ai, et je te la posterai.
La suite, c'est bien le thm. des accroissements finis ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 22:46

oui.

Kaiser

Posté par
H_aldnoer
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 22:54

Faut-il bien montrer que \sup_{t\in [p,\beta[}\,\phi_a'(t)\le%201 ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 22:57

oui (il faut cependant bien choisir p que cela soit vrai).

Kaiser

Posté par
H_aldnoer
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 23:00

On a déjà que \phi'_a(t)=exp(-t\phi_a(t)).
Il s'agit donc de majorer exp(-t\phi_a(t)) par 1 pour un certain t (et ceci dépend de p) ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 23:03

oui, ça dépend de p : cette inégalité n'est pas forcément toujours vraie pour tout t. A quelle condition ?

Kaiser

Posté par
H_aldnoer
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 23:11

il faut donc que t\phi_a(t)\ge 0.
On travaille sur l'intervalle t\in [p,\beta[ avec p\ge 0.

Donc il faut que \phi_a(t)\ge 0.
\phi_a est croissante. Il faut que \phi_a(p)\ge 0 ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 23:13

oui.
Est-ce possible de trouver un tel p ?

Kaiser

Posté par
H_aldnoer
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 23:14

Cela vient surement du fait que \lim_{\beta}\,\phi_a=l=+\infty ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 23:17

toutafé

Posté par
H_aldnoer
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 23:29

Ok!
C'est la majoration \phi_a(t)\le%20\phi_a(p)+t-p qui doit nous donner que necessairement \beta=+\infty ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 23:34

oui.

Kaiser

Posté par
H_aldnoer
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 23:41

on a \lim_{\beta}\,\phi_a(t)=+\infty
ce qui implique que \lim_{\beta}\,\phi_a(p)+t-p=+\infty
ce qui implique \beta=+\infty ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 23:44

oui c'est bien ça.

Kaiser

Posté par
H_aldnoer
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 23:56

Ok.
Je ne comprend pas la suite, si \beta=+\infty, comment peut-on utiliser le thm. des bouts ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 23-02-08 à 23:59

Quand je disais d'utiliser le théorème des bouts, je pensais à la preuve de \Large{\beta=+\infty} (mais bon, ce que tu fais est mieux).
Pour la suite de la question, je réfléchis.

Kaiser

Posté par
H_aldnoer
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 24-02-08 à 00:06

Ok.
(juste une question kaiser, tu es sur l'ile demain?)

Posté par
kaiser Moderateur
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 24-02-08 à 00:08

Citation :
juste une question kaiser, tu es sur l'ile demain?


Je ne te promets rien !

Kaiser

Posté par
robby3
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 24-02-08 à 00:13


Kaiser y nous manqueuhhhhh

allez,ciao tout le monde!

Posté par
H_aldnoer
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 24-02-08 à 00:13

Je serais bien resté, mais je dois absolument partir (j'embauche demain à 8h!).
J'essaye d'avancer le problème de mon coté, et, si tu trouves quelque chose n'hésite pas.
(Je poste un exercice d'algèbre sur un autre topic.)

Posté par
kaiser Moderateur
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 24-02-08 à 00:14

robby >
H_aldnoer > OK !

Kaiser

Posté par
H_aldnoer
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 24-02-08 à 00:14

Citation :
Kaiser y nous manqueuhhhhh

C'est grave!
Il fera un excellent prof, pour sur!

Posté par
kaiser Moderateur
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 24-02-08 à 00:15

Merci H_aldnoer !

Posté par
robby3
re : Problème de Cauchy (calcul diff.) 24-02-08 à 00:15

Citation :
Il fera un excellent prof, pour sur!

>dés qu'il est embauché,je vais assister à un cours

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