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Equa diff

Posté par
Koobra
09-08-18 à 15:34

Bonjour,

Voici une équation différentielle :
(exp(x) - 1)y' + exp(x)y = 1  (E)

Montrer que (E) possède une unique solution sur R, que l'on déterminera.

Je ne vois absolument pas comment procéder, bien que je me doute qu'il faille faire intervenir le problème de Cauchy, pouvez-vous m'éclairer ?

Merci,
Koobra

Posté par
Camélia Correcteur
re : Equa diff 09-08-18 à 15:44

Bonjour

C'est une équation linéaire à coefficients non constants. On résout d'abord l'équation homogène associée, puis on cherche une solution particulière. Pour ce faire, tu seras obligé de prendre e^x\neq 1, donc résoudre séparément sur \R_+^* et sur \R_-^*, puis voir comment on peut faire on recollement en 0.

Posté par
ThierryPoma
re : Equa diff 09-08-18 à 15:45

Bonjour,

Tu penses avoir affaire à un problème de Cauchy ?

Posté par
Razes
re : Equa diff 09-08-18 à 17:35

Bonjour,

(e^x- 1)y' + e^xy = 1\leftrightarrow (e^xy'+e^xy)-y'=1  
Qu'il suffit d'intégrer.

Posté par
Razes
re : Equa diff 09-08-18 à 17:37

Désolé,  j'ai appuyé sur Poster trop tôt.

Posté par
interpol
re : Equa diff 09-08-18 à 18:27

Bonsoir,

Ne peut-on pas écrire?

[(x^x-1)y]'=1  . . .


Alain

Posté par
Razes
re : Equa diff 09-08-18 à 20:18

@interpol

Tu veux plutôt écrire : ((e^x-1)y)'=1

Posté par
etniopal
re : Equa diff 10-08-18 à 08:07

S y : est dérivable et  (exp - 1)y' + y. exp = 1   alors   x   (exp(x) - 1)y(x) - x  est  identiquement  nulle  puisque  de dérivée nulle  et nulle en 0 .
On a donc y(x) = x/(exp(x) - 1) si x 0 et y étant continue en 0 , y(0) = 1 ( puisque x/(exp(x) - 1)   1 quand x tend vers 0 )

Inversement soit f : telle que f(0) = 1 et  f(x) = x/(exp(x) - 1) si x 0 .
Il reste à voir si f est dérivable et si  (exp - 1).f ' + f.exp = 1  .

Posté par
interpol
re : Equa diff 10-08-18 à 09:49

Bonjour,


Je ne comprends pas 'la situation'

En suivant ce que j'ai écrit  ( correctif de Razes)

nous obtenons   y(x)=\frac{x+k}{e^x-1}  , k une quelconque constante \in R  ,le dénominateur ne pouvant s'annuler dans R . . .


Alain

Posté par
etniopal
re : Equa diff 10-08-18 à 11:24

@interpol
  Fais donc un raisonnement correct !

Posté par
Razes
re : Equa diff 10-08-18 à 11:43

Bonjour,

En utilisant (E) pour x=0 nous obtenons: y (0)=1, ceci en supposant y dérivable.

@interpol
(e^x-1)y=x+k; pour x=0, alors k=0

Tout ceci est du calcul. Mais est ce que la fonction est continue en 0, est elle dérivable?  Ce sont des questions qui permettent de réduire le nombre de solution. Sachant que l'énoncé ne précise rien de çela.

Posté par
Camélia Correcteur
re : Equa diff 10-08-18 à 16:12

> interpol. Comme je l'ai écrit dès ma première intervention, le problème est en 0 pour la bonne raison que e^0=1, ce que tu sembles ignorer puisque tu dis e^x-1 ne s'annule pas!

Posté par
interpol
re : Equa diff 10-08-18 à 18:29

Bonsoir,

D'accord,la fonction doit être définie sur R et non sur R-/{0} .

Mais quelles sont alors les solutions?  

Alain

Posté par
Razes
re : Equa diff 10-08-18 à 21:11

Calcule: \lim_{x\to 0}\dfrac{x}{e^x-1}

Pense au prolongement par continuité.

Posté par
ORROZAK
re : Equa diff 11-08-18 à 12:05

    bonjour, ici orrozak. J'ai travaillé la question simplement :
    D'abord je considère l'équation sans second membre (e^x - 1).y' + e^x.y = 0
    y'/y = - e^x/(e^x - 1)    de type u'/u pour les deux membres, et
    Log y = - Log k.(e^x - 1) = Log k/(e^x - 1)    donc y = k/(e^x - 1), solution de l'équation sans second membre. Maintenant, en faisant la méthode de variation de la constante
  k(x), on trouve  y = (x+a)/(e^x - 1)   a dans R et non défini pour x=0.
   Ca semble marcher. Je laisse la suite qui précisera un a éventuellement défini.
   Bon week-end.

Posté par
interpol
re : Equa diff 11-08-18 à 12:16

Bon dimanche,

*Razès*  Le prolongement par continuité conduit bien à une solution (y(0)=1 ,k=0) ,

As-tu envisagé d'autres possibilités?

Amicalement,

Alain

Posté par
Razes
re : Equa diff 11-08-18 à 14:10

Bonjour,

@interpol,

Je pense que c'est la seule solution et tant mieux car c'est ce qui est demandé dans l'énoncé.

@ORROZAK
Le problème n'était pas de trouver les solutions comme je l'ai indiqué à 10-08-18 à 11:43. Mais plutôt d'aller jusqu'au bout du raisonnement.

On avait trouvé y=\frac {x+k}{e^x-1}. Le dénominateur s'annulé en 0. On a une \frac k0 et pour qu'on ait une chance de lever l'indeterminate il faut k=0 sinon pas de solution dans R.

Donc pour k=0
\lim_{x\to 0}\frac x {e^x-1}=1

Donc la solution est:
y=\frac x {e^x-1}; \text {  si  } x\neq 0
 \\ y=1;  \text {  si  } x=0

Posté par
Koobra
re : Equa diff 11-08-18 à 17:41

Rebonjour,

Pour ce qui est de la résolution de l'équation, j'ai voulu procéder par méthode de variation de la constante, après avec bien entendu calculé la solution homogène.

Voici mes brouillons :

- Pour ce qui est de la solution homogène, je trouve Sh = \left\{C * \frac{1}{\left|exp(x) - 1 \right|} \right\}, C K ( + )

- Pour la solution particulière :
J'ai réécrit l'équation sous la forme : y' + \frac{exp(x)}{exp(x)-1}y = \frac{1}{exp(x)-1}

J'ai d'abord dit que j'étudiais cette solution sur  ] -infini, 0[ (ensuite sur l'autre portion de *)

Donc par là, la solution homogène, sur cette intervalle, est égale à C * \frac{1}{1-exp(x)}, car \left|exp(x)-1 \right| = 1- exp(x) (toujours sur ]-infini, 0[)

On cherche alors une solution particulière yo(x) = C(x) * \frac{1}{1-exp(x)}
-yo(x) est dérivable sur cette intervalle, et yo'(x) = \frac{C'(x)}{1-exp(x)} + \frac{C(x)exp(x)}{(1-exp(x))²}

Or, si yo est solution de (E), alors : yo'(x) + \frac{exp(x)}{exp(x)-1}yo(x) = \frac{1}{exp(x)-1}

En remplaçant les termes en yo'(x) et yo(x) par leurs expressions trouvées précédemment, je n'arrive pas à retomber sur une expression claire de C'(x).

J'obtiens : \frac{C'(x)}{1-exp(x)} + \frac{C(x)exp(x)}{(1-exp(x))²} + \frac{C(x)exp(x)}{(exp(x)-1)(1-exp(x))} = \frac{1}{exp(x)-1}

L'idéale aurait été de trouver une expression claire de C'(x) mais ce n'est pas le cas..

Si quelqu'un voit mes erreurs, merci d'avance, et je vous prie de m'excuser de la tournure un peu longue de ce message, mais c'est en pointant exactement mes propres erreurs que je vais progresser...(je l'espère!)

Koobra

Posté par
Koobra
re : Equa diff 11-08-18 à 17:44

après avoir bien entendu calculé*

Posté par
Razes
re : Equa diff 11-08-18 à 18:16

Tu obtiens : \frac{C'(x)}{1-exp(x)} + \frac{C(x)exp(x)}{(1-exp(x))²} + \frac{C(x)exp(x)}{(exp(x)-1)(1-exp(x))} = \frac{1}{exp(x)-1}

C'est correct. Le 3 ème terme est l'opposé  du 2 ème.  Tu simplifié.

Posté par
Koobra
re : Equa diff 12-08-18 à 13:51

Suis-je bête.. Merci en effet ^^"

Posté par
Razes
re : Equa diff 12-08-18 à 21:57

Avec plaisir.

Posté par
Koobra
re : Equa diff 16-08-18 à 16:22

Rebonjour,

La solution est unique car c'est un système de Cauchy non  ?

De plus, comment prouver  que le prolongement par continuité de y(x) en 0 est 1 ?
y(x) = \frac{x}{exp(x)-1}

Merci d'avance ^^"

Koobra

Posté par
Koobra
re : Equa diff 16-08-18 à 16:26

Pour répondre à ma 2 ème question, je pense utiliser les développements limités !

Posté par
Koobra
re : Equa diff 16-08-18 à 16:29

Finalement non, je ne vois pas comment je peux aboutir avec..

Posté par
etniopal
re : Equa diff 16-08-18 à 17:21

Le  10-08-18 à 08:07 je t'ai presque fait ton exo .
Peut-être que si tu le lisais tu pourrais arriver à le terminer .

Posté par
Koobra
re : Equa diff 16-08-18 à 19:27

Je ne comprends pas vraiment cette méthode

Posté par
Koobra
re : Equa diff 16-08-18 à 19:30

L'énoncé stipule dans cette ordre précisément :

1) Résoudre (E) sur chacun des intervalles où le coefficient de y' ne s'annule pas
2) Montrer que (E) possède une unique solution que l'on déterminera

J'ai d'ors et déjà résolu l'équation, par méthode de variation de la constante.
Cela fait, je ne vois pas comment prouver qu'il y a une unique solution à cette équation.

Cependant ayant lu votre message, je comprends le sens global de la démonstration (par double inclusion) mais certains détails m'échappent.

Posté par
Razes
re : Equa diff 16-08-18 à 23:56

Bonsoir,

Koobra @ 16-08-2018 à 16:26

Pour répondre à ma 2 ème question, je pense utiliser les développements limités !
Voyons voir:

Nous avons le développement limité en 0 de e^x
{\rm {e}}^{x}=1+x+{\frac {x^{2}}{2!}}+{\frac {x^{3}}{3!}}+\cdots +{\frac {x^{n}}{n!}}+o(x^{n})

Peux tu calculer le développement limité de 
 \\ \dfrac {e^x-1}x = en 0 puis sa limite en 0

Posté par
Koobra
re : Equa diff 17-08-18 à 12:19

D'accord, merci bien, j'ai maintenant compris ^^

Posté par
Koobra
re : Equa diff 17-08-18 à 12:44

Mais donc du coup pour l'unicité de la solution de l'équation ?



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