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équation diff et matrice

Posté par
aajuste
18-02-25 à 20:10

Bonjour tout le monde

je bloque sur un exercice qui part de la résolution d'une équation différentielle et qui bascule en algèbre linéaire.

l'équation différentielle est y''=5y'-(25/4)y

l'équation caractéristique montre une racine double : 5/2
la fonction phi(x)=(Ax+B)exp (5/2x) est solution de cette équation, A et B étant des réels.

l'énoncé pose la fonction f(x)=(Ax+B)exp(5x/2)

il m'est demandé de montrer que f est de classe infinie sur l'ensemble des réels, ce que j'arrive à faire par récurrence :
en effet, la dérivée (n) de f(x) est de type f(n)(x)=(A_n x + B_n)exp(5x/2) où A_n et B_n sont des suites :

A_n est géométrique de raison 5/2 et B_n+1=(5/2)B_n+A_n

Il m'est ensuite demandé de montrer que les suites vérifient les deux égalités
B_n+2 = 5B_n+1 -(25/4)B_n
A_n+2 = 5An+1 - (25/4) A_n
Pas de problème, cela se montre assez facilement

Puis arrive une question que je ne comprends pas du tout, puisqu'on passe maintenant dans les matrices :
On pose tout n entier naturel X_n=(B_n B_n+1), X_n est un vecteur.

On me demande de montrer que X_n+1=(B/4)X_n : mais c'est quoi cette matrice constante B ? je me doute que je dois utiliser les deux relations que vérifient A_n et B_n.

Pourriez-vous m'orienter ? Je n'arrive pas à faire les liens entre les suites composant la fonction solution de l'équa diff et cette curieuse relation.

Merci.

Posté par
Zormuche
re : équation diff et matrice 18-02-25 à 20:25

Bonsoir

vu les relations très linéaires,

il est facile d'écrire : X_{n+1} = \dbinom{B_{n+1}}{B_{n+2}} =\dbinom{B_{n+1}}{5B_{n+1}-\frac{25}{4}B_n}, et de voir qu'on a un produit matriciel :

X_{n+1} = \left(\begin{array}{cc}0&1\\ -\frac{25}{4} & 5\end{array}\right)X_n

Reste à savoir si cette matrice B n'a pas été mentionnée quelque part dans l'exercice, sinon ça n'a pas de sens.

La question est-elle : "Montrer que X_n+1 = (B/4)X_n où B est une matrice 2x2 constante" ? ça change tout

Posté par
aajuste
re : équation diff et matrice 18-02-25 à 21:07

Bonsoir,

Merci pour cette réponse. la matrice B est apparue comme par enchantement, sans aucune indication...

La question d'après est de montrer que B=PTP-1 (matrice P inversée) avec T et P donnée :
T =
10 2
0 10

P =
2 0
5 1

(désolé je n'arrive pas à faire apparaître correctement les formules et matrices)

En tout cas, merci pour l'aide que vous m'avez donnée, je peux faire le reste de l'exercice

Posté par
gts2
re : équation diff et matrice 19-02-25 à 05:55

Bonjour,

La matrice B c'est simplement l'équation différentielle d'ordre 2 réécrite sous forme d'un système d'équation différentielle d'ordre 1 :
z=y'
z'=5z-25/4y

soit \begin{bmatrix} z'\\y'\end{bmatrix}=\begin{bmatrix} 0&1\\-25/4&5\end{bmatrix}\begin{bmatrix} z\\y\end{bmatrix}  

et, par dérivation, cette équation est vérifiée pour  

\begin{bmatrix} z^{(n+1)}\\y^{(n+1)}\end{bmatrix}=\begin{bmatrix} 0&1\\-25/4&5\end{bmatrix}\begin{bmatrix} z^{(n)}\\y^{(n)}\end{bmatrix}

Posté par
gts2
re : équation diff et matrice 19-02-25 à 08:55

Je corrige : dans les vecteurs il faut permuter y et z.
Désolé pour le bruit.

Posté par
aajuste
re : équation diff et matrice 19-02-25 à 10:18

Merci beaucoup. Ce complément d'explication m'a permis de faire le lien avec une partie du cours.

Posté par
Zormuche
re : équation diff et matrice 20-02-25 à 01:11

Je précise que ce n'est pas très habile, de la part de l'auteur de l'énoncé, de parler de matrice B, quand plus tôt on parlait du réel B



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