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DM équa diff et fonctions

Posté par
margo_7
07-05-11 à 18:23

Bonjour,

J'ai cet exercice en DM à faire pour lundi sauf que je n'y arrive pas dès la première question =S

Partie A. Une équation différentielle
On considère l'équation différentielle (1):
y'-\frac{1}{n}y=-\frac{x+1}{n(n+1)}

1. Déterminer, en fonction de n, deux réels a et b tels que la fonction affine qui à x associe ax+b soit solution de l'équation (1).

2. Résoudre l'équation différentielle (2):
y'-\frac{1}{n}y=0.

3. Montrer qu'une fonction est solution de (1) si et seulement si la fonction qui à x associe (x)=(x)-(ax+b) est solution de (2).

4. En déduire toutes les solutions de (1).

5. Déterminer la solution de (1) qui prend la valeur 0 en 0.


Partie B. Etude d'une famille de fonctions
On considère sur la fonction f_n par:
f_n(x)=1+\frac{x}{n+1}- exp\frac{x}{n}.

On note C_n la courbe représentant f_n dans un repère orthogonal du plan.

On représente à la calculatrice les fonctions f_n pour n{2;3;4} avec pour fenêtre graphique: -6x4, -1y0,3

1-Conjectures
D'après le graphique, que peut-on conjecturer pour:
-le sens de variation des fonctions f_n ?
-les points d'intersection des courbes C_n avec l'axe des abscisses ?

2-Etude de cas particuliers
a. Etudier le sens de variation de la fonction f_2 et sa limite en +
b. Faire même pour f_3.

3-Etude générale
a. Déterminer la limite de f_n en +.
b. Etudier le sens de variation de f_n et dresser son tableau de variation.
c. Justifier que f_n admet un maximum en un réel \alpha_n. Quelle est la limite de \alpha_n quand n tend vers + (on pourra poser h=\frac{1}{n}) ?

4-Intersection avec l'axe des abscisses
a. Justifier que la courbe C_n coupe l'axe des abscisses en O et en un autre point A_n.
On appellera x_n l'abscisse de ce point.
b. De l'étude des variations sur ]1;+[ de la fonction s qui à x associe s(x)=\frac{2}{x}+ln(\frac{x-1}{x+1}), déduire le signe de f_n(-2)<0.
c. De l'étude des variations de la fonction t qui à tout x>0 associe t(x)=\frac{2x+1}{2x(x+1)}+ln(\frac{x}{x+1}), déduire le signe de f_n(2n \times ln(\frac{x}{n+1})).
d. En déduire que pour tout n2 :
   -2<x_n<2n \times ln(\frac{n}{n+1}).
e. En déduire que la suite (x_n) converge et préciser sa limite.
f. Quels commentaires peut-on faire sur les conjectures graphiques faites à la partie A?

Voilà, je sais que c'est plutôt long, mais si quelqu'un pouvait m'aider, ça m'arrangerait bien

J'ai quelques idées pour des questions:
A-2: je trouve y=C exp(\frac{x}{n})
A-4: il faut additionner la solution particulière et la générale.

B-1: sens de variation des f_n positives jusqu'à -1 et négatives ensuite
points d'intersection: en 0 et ?
B-2a: f_2'(x)=\frac{1}{3}-\frac{1}{2}exp(\frac{x}{2})
B-3a: \lim_{x\to +\infty} f_n=+\infty
B-4a: f_n(0)=0, intersection en 0

Merci de votre aide !!

Posté par
Donquihote
re : DM équa diff et fonctions 07-05-11 à 18:32

Salut,

Dans ta premiere question, pose y=ax+b et remplace dans ton équadiff. Ensuite il faut que tu fasse une identification de termes de même degré.

Posté par
margo_7
re : DM équa diff et fonctions 07-05-11 à 19:37

Je ne trouve pas quelque chose qui me permet de faire l'identification..

Posté par
Donquihote
re : DM équa diff et fonctions 07-05-11 à 20:58

si si : tu as (en remplaçant)

a-(1/n)(ax+b)=-(x+1)/(n(n+1)) soit (-a/n)*x+(a-b/n)=-x/(n(n+1))-1/(n(n+1)). N'oublie pas qu'il faut que ça soit en fonction de n.

Là tu ne vois pas l'identification ? tu obtiens ce systeme là :

-a/n=-1/(n(n+1)) et (a-b/n)=-1/(n(n+1))

Posté par
margo_7
re : DM équa diff et fonctions 08-05-11 à 13:31

Du coup, je trouve, en remplaçant:
a=\frac{1}{n+1} et b=1

Pour, la A2, jai y=Cexp\frac{x}{n}

Pour la A3, je ne sais pas comment faire..

Posté par
margo_7
re : DM équa diff et fonctions 08-05-11 à 15:37



SVP, quelqu'un peut m'aider?

Posté par
margo_7
re : DM équa diff et fonctions 08-05-11 à 16:35

D'ailleurs, b n'est pas égal à 1,  b=\frac{n-1}{n+1}

Je pense avoir trouvé pour la A3, en remplaçant dans l'équa diff y par (x)-(ax+b).

Pour la A4, si est solution de (2), alors on a (x)=Cexp\frac{x}{n}
donc (x)=\frac{1}{n+1}x+\frac{n-1}{n+1}+Cexp\frac{x}{n}
et   (x)=\frac{x-1+n}{n+1}+Cexp\frac{x}{n}

Pour la A5, (0)=0
d'où \frac{0-1+n}{n+1}+Ce^0=0
     C=\frac{1-n}{n+1}
donc (x)=\frac{x-1+n}{n+1}+\frac{1-n}{n+1}exp{\frac{x}{n}}

Posté par
margo_7
re : DM équa diff et fonctions 08-05-11 à 18:14

J'ai fait une erreur de signe , b est bien égal à 1.
Donc, ca change des choses mais dans le principe cest ca, normalement.

Pour la partie B, 2a, je narrive pas prouver la limite en + de f_2 qui est -.

Posté par
margo_7
re : DM équa diff et fonctions 08-05-11 à 19:12



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