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Niveau école ingénieur
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diagonalisation pour résolution équation différentielle

Posté par
Poun
13-06-09 à 12:30

Bonjour !

Je recherche un site qui explique comment la diagonalisation s'applique à la résolution des équations différentielles.
En fait notre professeur nous a donné seulement un exemple et j'aimerais plutôt une généralisation pas seulement une équation différentielle d'ordre 3 :=)

Je vous remercie pour votre précieuse aide !
Poun

Posté par
kaiser Moderateur
re : diagonalisation pour résolution équation différentielle 13-06-09 à 13:18

Bonjour Poun

En fait, les ingrédients principaux sont les polynômes d'endomorphismes et le théorème de décomposition des noyaux.

Une équation différentielle à coefficients constants d'ordre n s'écrit \Large{\Bigsum_{k=0}^{n}a_ky^{(k)}=0} avec \Large{a_n\neq 0} (on le supposera donc égale à 1, par la suite). Si on pose P le polynôme \Large{\Bigsum_{k=0}^{n}a_kX^{k}} et si on note D l'endomorphisme de l'ensemble E des fonctions indéfiniment dérivable, qui à une fonction f associe sa dérivée, cette équation peut se réécrire de la manière suivante :

\Large{P(D)(y)=0}.

Ainsi, y est solution de l'équation différentielle si et seulement si y appartient au noyau de P(D).
On factorise ensuite le polynôme P dans \Large{\mathbb{C}}

\Large{P=\Bigprod_{k=1}^{r}(X-\alpha_k)^{m_k}}

où les \Large{\alpha_k} sont les racines distinctes de P.

Les polynômes \Large{(X-\alpha_k)^{m_k}} sont premiers entre eux deux à deux donc d'après le théorème de décompositions des noyaux, on a :

\Large{Ker(P(D))=\Bigoplus_{k=1}^{r}Ker((D-\alpha_k id_E)^{m_k})}

Ainsi, on est ramené à résoudre une équation différentielle du type \Large{(D-\alpha_k id_E)^{m_k}(y)=0}
On peut montrer par récurrence sur l'entier \Large{m_k} que les solutions d'une telle équation sont exactement les fonctions qui s'écrivent sous la forme \Large{Q_k(x)e^{\alpha_k x}} avec \Large{Q_k} un polynôme de degré strictement inférieur à \Large{m_k}.

Enfin, les solutions de l'équation différentielle de départ s'écrivent donc sous la forme \Large{\Bigsum_{k=1}^{r}Q_k(x)e^{\alpha_k x}} avec \Large{Q_k} un polynôme de degré strictement inférieur à \Large{m_k}.

Kaiser

Posté par
Poun
re : diagonalisation pour résolution équation différentielle 13-06-09 à 13:44

Merci beaucoup Kaiser

Posté par
kaiser Moderateur
re : diagonalisation pour résolution équation différentielle 13-06-09 à 13:54

Mais je t'en prie !



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