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Equation différentielle

Posté par Vénus74 (invité) 30-05-05 à 19:16

Bonjour, help me please...

y"+3y'+2y=te-t     (E)


1)Résoudre dans y"+3y'+2y=0

2)Déterminer a et b pour que la fonction g(t) définie par g(t)= (at2+bt)e-t soit solution de y"+3y'+2y=te-t.

3)Déterminer la solution générale reèllé de (E).


Je vous remercie de vote aide.

Posté par
otto
re : Equation différentielle 30-05-05 à 19:19

Bonjour,
pour la 1, c'est une question de cours,
tu résouds r²+3r+2=0.

Pour la 2, il suffit d'entrer g dans l'équation et de voir ce qui se passe en fonction de a et de b.

Pour la 3, tu dois avoir un théorème qui affirme que la solution d'une équa diff linéaire inhomogène (ie avec un second membre) est la somme d'une solution sans second membre (trouvé dans la question 1) et d'une solution particulière de l'équation générale (trouvé dans la question 2)

Bonne chance,
A+

Posté par
H_aldnoer
re : Equation différentielle 30-05-05 à 19:21

slt otto


a propos de ce théorem ... comment ce demontre-t-il ?

(je suis en Ts et je le connais mais ne l'utilise pas)

merci.

Posté par
Nightmare
re : Equation différentielle 30-05-05 à 19:29

Salut H_aldnoer

On pose S l'ensemble des solutions de l'équation inhomogéne et S0 l'ensemble des solutions de l'équation homogéne .

Il te suffit de démontrer :
1) 3$\rm \forall y_{1},y_{2}\in S , y_{1}-y_{2}\in S_{0}
2) 3$\rm \forall (y_{1},y_{0})\in S\times S_{0} , y_{1}+y_{0}\in S
Ainsi on obtient en combinant 1) et 2) :
Pour tout y1 de (S)
3$\rm S=\{y_{1}+y_{0} ; y_{0}\in S_{0}\}


Jord

Posté par
soucou
re : Equation différentielle 30-05-05 à 19:52

Bonjour,

pour la 1. tu cherches les solutions de l'équation caractéristique, dans ce cas le discriminant est 1 donc on a comme solution \{-2;-1\} la solution de la ESSM est donc C_1e^{-2x}+C_2e^{-x}

on pose ensuite g(x) solution de (E) telle que g(x)=h(x)f(x) avec f(x)=e^{-x}

(E) est de la forme g''(x)+ag'(x)+bg(x)=c(x), après quelques calcul l'on obtient h''(x)f(x)+h'(x)\[2f'(x)+af(x)\]=c(x)

on peut aussi démontrer aprés avoir diviser par f(x) qui est non nul que h'(x)=e^{-ax}\int c(x)e^{ax}dx
h'(x)=e^{-3x}\int xe^{-4x}dx=e^{-7x}(-\frac{x}{4}+\frac{1}{16}+Cte)

Oupsz désolé mais j'ai un PB avec un virus je peux pas continuer je poste, il y a une érreur vers la fin

Posté par
soucou
re : Equation différentielle 30-05-05 à 20:08

Bon je reprend déjà j'ai pris x comme variable à la plae de t, c'est pas bien grave.

y''+3y'+2y=xe^{-x}

enfait h'(x)=e^{-3x}\int xe^{-x}e^{3x}dx=e^{-3x}\int xe^{2x}dx=e^{-x}(\frac{1}{3}x-\frac{1}{9})

rappel: une primitive de xe^{ax} est e^{ax}(\frac{1}{a}x-\frac{1}{a^2})

en intégrant à nouveau on obtient h(x)=\frac{1}{9}e^{-x}-\frac{1}{3}((x+1)e^{-x}) puis on multiplie par f(x) et on identifie, bon j'ai du me tromper car je ne peux obtenir de solution sous la forme (ax^2+bt)e^{-x}
 \\

Je vais voir ça de plus prés

Posté par Vénus74 (invité)re : Equation différentielle 30-05-05 à 20:15

J'y comprend rien et ça juste avant mes partiels. J'espère qu'il n'y en aura pas trop dedans... lol

Posté par
soucou
re : Equation différentielle 30-05-05 à 20:18

Oui un c'est un peu normal je me suis carement j'ai fait trop vite et mal en plus, je n'ai plus la force de reprendre mais il y a sans doute un théorème que je ne connais pas pour la 2.

Désolé, ça me fait beaucoup de poisson ce soir

Posté par
Nightmare
re : Equation différentielle 30-05-05 à 20:22

soucou , pourquoi ne pas tout simplement dériver g une fois puis une deuxiéme fois , calculer ainsi g"+3g'+2g en fonction de a et b puis trouver ces deux réels pour que g"+3g'+2g soit égalt à te-t ?



jord

Posté par
soucou
re : Equation différentielle 30-05-05 à 20:39

Mince, je n'y ai pas pensé à ça, mais que je °°°, bon en tout cas je pense que ma démarche aurait bien fonctionnée d'une part si je n'aurais pas fait toutes ces érreurs et d'autre part si on n'aurait rien connu de g(x).

Je vais de suite chercher les deux réels sur une feuille de papier et conparer avec l'autre méthode à reprendre

Merci

Posté par
soucou
re : Equation différentielle 30-05-05 à 21:02

Bonjour, enfaite ce n'est pas si simple, bon soit g(x)=\underbrace{(at^2+bt)}_{h(t)}.\underbrace{\:\:\:e^{-t}\:\:\:}_{f(x)}

en principe on obtient aprés quelque opération h''(x)f(x)+h'(x)[2f'(x)+3f(x)]+h(x)[f''(x)+3f'(x)+2f(x)]=te^{-t}

comme e^{-t} est solution de l'ESSM, il en vient que f''(x)+3f'(x)+2f(x)=0

d'où h''(x)f(x)+h'(x)[2f'(x)+3f(x)]=te^{-t}

on arrive (enfin moi en tout cas) à 2ae^{-t}+(2at+b)\Big[-2e^{-t}+3e^{t}\Big]=te^{-t} et ensuite 4a+b=te^{-2t} et ensuite on pose le système

\left\{4a+b=te^{-t}\\(at^2+be^{-t})=???\right.

C'est ça la démarche ? Le problème mon système n'est pas complet

merci

Posté par
Nightmare
re : Equation différentielle 30-05-05 à 21:28

Je ne comprends pas ce que tu fais soucou

On a :
3$\rm g'(x)=(2ax+b)e^{-x}-(ax^{2}+bx)e^{-x}
et
3$\rm g''(x)=(ax^{2}+bx)e^{-x}-2(2ax+b)e^{-x}+2ae^{-x}

On a ainsi :
3$\rm g''(x)+3g'(x)+2g(x)=(ax^{2}+bx-4ax-2b+2a+6ax+3b-3ax^{2}-3bx+2ax^{2}+2bx)e^{-x}=(2ax+2a+b)e^{-x}

On doit donc trouver a et b tels que :
3$\rm (2at+2a+b)e^{-t}=te^{-t}

c'est à dire :
3$\rm \{{2a=1\\2a+b=0

A finir


Jord

Posté par
soucou
re : Equation différentielle 30-05-05 à 21:40

Je suis entrain de tout refaire sur feuille blanche, finallement aprés m'être aperçu de quelques étourderies vers la fin, je tombe aussi sur (2at+2a+b)e^{-t}=te^{-t}, remarque en divisant par e{-t^} (j'avais du oublié l'exposant négatif), on tombe sur 2at+2a+b=t.

Ensuite pour le système, je ne vois pas trop comment tu en déduis que 2a=1

Merci, si tu veux je peux faire un screen de mon raisonnement sur papier.

Posté par
H_aldnoer
re : Equation différentielle 30-05-05 à 21:41

slt


question HS :
comment fait tu ces parentheses en LaTex soucou ? (les grandes)

merci.

Posté par
Nightmare
re : Equation différentielle 30-05-05 à 21:45

Par idenfitication :

Deux polynômes sont égaux si ils ont le même degré et si les coefficients associés à chacun de leur monôme respectif du même degré sont égaux .

c'est à dire que :
3$\rm a_{n}x^{n}+a_{n-1}x^{n-1}+....+a_{0}=b_{n}x^{n}+b_{n-1}x^{n-1}+....+b_{0}
si et seulement si :
3$\rm \{{a_{n}=b_{n}\\a_{n-1}=b_{n-1}\\...\\a_{0}=b_{0}

D'ou mon résultat


Jord

Posté par
Nightmare
re : Equation différentielle 30-05-05 à 21:47

H_aldnoer , mais un \ avant tes parenthéses/crochets :

3$\rm \(\frac{1}{\frac{1}{x}}\)\no=(\frac{1}{\frac{1}{x}}) donnera : 3$\rm \(\frac{1}{\frac{1}{x}}\)\no=(\frac{1}{\frac{1}{x}})

Posté par
soucou
re : Equation différentielle 30-05-05 à 21:48

Les systèmes sont de la forme [ /tex]\left\{ ax+by+z=c \\ xy=z \\ \ldots \right.[ /tex] attetion pour finir à droite c'est "\right."

Les genres de "brace" enfait c'est \overbrace{abcd}^{efgh} ou \underbrace{abcd}_{efgh}

Généralement hors forum, je dois faire un tableau pour les systèmes comme $\left\{\begin{array}{ll}...&...\\...&...\\...&...\end{array}\right.$

Posté par
soucou
re : Equation différentielle 30-05-05 à 21:50

Ah mince j'ai mal lu non pour la taille des paranthèses j'utilise les codes \big\{ ou \Big\{ ou \bigg\{ ou Bigg\{

Merci nightmare, je l'avais oublié cette propriétté

Posté par
Nightmare
re : Equation différentielle 30-05-05 à 21:53

Posté par
H_aldnoer
re : Equation différentielle 30-05-05 à 22:00

Posté par Vénus74 (invité)re : Equation différentielle 31-05-05 à 17:48

J'ai à peu pret compris les questions 1) et 2) mais pas du tout la 3).

Qui peut m'expliquer?

Posté par
Nightmare
re : Equation différentielle 31-05-05 à 17:55

Re

3) En notant y0 les solutions de l'équation homogéne , toutes les solutions de (E) sont les fonctions h telles que : h=y_{0}+g


Jord

Posté par Vénus74 (invité)re : Equation différentielle 31-05-05 à 18:07

Ok, merci Jord.


Je rajoute une dernière question avant d'arrêter de vous embeter...

Quelle est la solution f de (E) qui vérifie f(0)=1 et f'(0)=-2?

Merci à tous de votre aide.

Posté par
Nightmare
re : Equation différentielle 31-05-05 à 18:15

Re

Normalement , toutes tes solutions dépendent de 2 constantes .
Exprime alors les égalités qu'on te donne à l'aide de ces deux constantes et résouds le systéme engendré par ces deux égalités


Jord

Posté par
otto
re : Equation différentielle 31-05-05 à 18:16

Tu as la solution générale, tu as juste à t'en servir avec les données:
f(0)=1
f'(0)=-2

Bonne chance,
a+

Posté par Vénus74 (invité)re : Equation différentielle 01-06-05 à 13:27

Vous allez vous moquer de moi mais j'ai pas compris...

Posté par
otto
re : Equation différentielle 01-06-05 à 13:40

Par exemple, si tu as une équation du type
y"+w²y=0 la solution générale est
Acos(wx)+Bsin(wx)

Mais on ne sait pas ce que sont A et B, à part que ce sont des constantes réelles.
Si maintenant je sais que par exemple que
y(0)=1
y'(0)=0

Alors je rentre ces données dans mon équation
y(x)=Acos(wx)+Bsin(wx)

donc en particulier en 0 j'ai
y(0)=1 mais y(0)=Acos(0)+Bsin(0)=Acos(0)==A*1=A
Donc A=1
De même

y'(x)=wBcos(wx)-wAsin(wx)
y'(0)=0 d'après l'énoncé et
y'(0)=wB*1-wA*0=wB
donc wB=0.
Si on suppose que ce n'est pas w qui vaut 0 (sinon on aurait pas une équation différentielle intéressante au départ) alors B=0

Donc je connais A et je connais B.
Donc y(x)=1*cos(xw)+0=cos(wx)

Fais la même chose avec ton équation, tu connais la formule générale, et tu connais deux conditions.
A toi de jouer.
A+

Posté par Vénus74 (invité)re : Equation différentielle 01-06-05 à 14:13

En fesant d'autes exos je viens de centrer mon problème. Je sais pas déterminer la solution générale d'une équation différentielle.

Qulelqu'un a une méthode simple à me proposer?

Posté par
otto
re : Equation différentielle 01-06-05 à 14:27

salut,
dans le cas général y'a pas de méthodes.
Essaie de voir ce que ton cours te propose.
A+

Posté par
Nightmare
re : Equation différentielle 01-06-05 à 14:33

Les équations différentielles sont comme les équations algébriques , il existe des méthode pour certaines , et d'autre ou l'on doit se contenter de donner des solutions "évidentes" et ou des approximations .

Comme le propose otto , regardes ton cours pour savoir les méthode de résolution de quelques équations différentielles généralisées


jord

Posté par Vénus74 (invité)re : Equation différentielle 03-06-05 à 10:37

Si on reprend l'exemple de cette énoncé, la solution générale donnerait quoi?

Posté par
soucou
re : Equation différentielle 03-06-05 à 10:56

Bonjour, d'une part tu calculs le discrimant de l'équation caracérique, il est dans ce cas positif, donc la solution de l'équation homogène est f(x)=C_1e^{kx}+C_2e^{k'x} avec k est k' racine du polynôme caractéristique.

Ensuite on dit que g(x) solution de (E) telle que g(x)=h(x)f(x) avec f(x)=e^{kx} ou e^{k'x}

Il faut faire attention dans le cas de'un discrimant nul car la solution de l'equation différentielle homogène est de la forme e^{kx}(xC_1+C_2}, or xe^{kx} s'annule sur \mathbb{R}

(E) est de la forme y''+ay'+by=c(x)

Aprés un petit développement, il en vient que h''(x)f(x)+h'(x)[2f'(x)+\overbrace{3}^{=a}f(x)]+h(x)\underbrace{[f''(x)+\overbrace{3}^{=a}f'(x)+\overbrace{2}^{=b}f(x)]}_{=0\:car\:solution\:de\: (E)\:homogene}=\overbrace{xe^{-t}}^{=c(x)}

On a donc h''(x)f(x)+h'(x)[2f'(x)+3f(x)]=te^{t} est une équation linéaire de premier ordre, donc j'éspère que en BTS/IUT on sache réssoudre.

tu sors h'(x) que tu intègres et que tu multiplies à nouveau par f(x) pour en sortir g(x) tu calculs la dérivé de g(x) et tu en déduis un système permettant de calculer les constantes (d'intégration) via les conditions initiales.

Voilà

Posté par Vénus74 (invité)re : Equation différentielle 04-06-05 à 12:25

J'abandonne, c'est trop compliqué pour moi.

Merci tout le monde pour vote aide.

Posté par
soucou
re : Equation différentielle 04-06-05 à 13:31

Bonjour,

Manque de volonté

Personnellement je ne suis qu'un première STI, pour n'avoir jamais entendu palé d'équations différentielles ni même d'exponentielle (à part "la charge d'un condo est exponentielle") encor moins de calculs dans \mathbb{C}, au lycée. Je trouve, tout de même que c'est hyper facile. Le truc le plus compliqué dans tout cela est sans doute les intégrations à faire.

Si t'as des questions n'hésiste pas, je me ferai un grand plaisir à te répondre...

Posté par Vénus74 (invité)re : Equation différentielle 04-06-05 à 15:58

C'est pas forcément un manque de volonté mais j'ai beaucoup de chose à réviser (pas seulement en math) donc je peux pas me permettre de passer trop de temps la-dessus.

De plus j'arrive à faire d'autre exo sur les Equa. Diff mais sur celui la je bloque, j'espère qu'il n'y en aura pas dans mes partiels...

Posté par Vénus74 (invité)re : Equation différentielle 07-06-05 à 14:44

Finallement je vais quand même avoir besoin de cette solution générale. Tu peux me la donner soucou?


Merci d'avance.

Posté par
Nightmare
re : Equation différentielle 07-06-05 à 15:00

Salut Vénus74

Soit :
3$\rm (E_{0}) : y''+ay+b=0 , a et b étant deux réels et y une fonction deux fois dérivable

On note 3$\rm (E) : r^{2}+ar+b=0 l'équation dite caracatéristique de (E0) .

3 cas s'imposent alors :


  • Si (E) admet dans \mathbb{R} deux solutions r1 et r2 distinces alors les solutions de (E0) sont les fonctions 3$\rm x\to \lambda_{1}e^{r_{1}x}+\lambda_{2}e^{r_{2}x} , (\lambda_{1},\lambda_{2})\in\mathbb{K}^{2}


  • si (E) admet sur \mathbb{R} une racine double r_{0} , les solutions de (E0) sont les fonctions 3$\rm x\to(\lambda x+\mu)e^{r_{0}x} , (\lambda,\mu)\in\mathbb{K}^{2}


  • Si (E) admet deux solutions complexes conjugués r_{1} et \bar{r_{1}} alors les solutions de (E0) sont les fonctions :
    3$\rm x\to 2Re(\lambda e^{r_{1}x}) , \lambda\in\mathbb{C}



Jord

Posté par Vénus74 (invité)re : Equation différentielle 07-06-05 à 15:08

Salut Nightmare.

Je redonne l'eque diff.

y"+3y'+2y=t*e-t     (E)

Je trouve x=C1e-t+C2e-2t.


Je cherche la solution réelle de (E).

Posté par
Nightmare
re : Equation différentielle 07-06-05 à 15:12

Sers toi de ce que je viens de te dire . Je rappelle que pour chercher les solutions de cette équation il faut :

1) trouver toutes les solutions de l'équation homogéne
2) trouver une solution particuliére de l'équation de départ (E)
3) sommer toutes les solutions de l'équation homogéne puis la solution particuliére de (E) pour trouver toutes les solutions de (E)


Jord

Posté par
otto
re : Equation différentielle 07-06-05 à 15:21

Ton équation caractéristique est fausse nightmare, c'est r²+ar=0 pour l'équation différentielle y"+ay+b=0.

Posté par
Nightmare
re : Equation différentielle 07-06-05 à 15:23

euh non mince , c'est mon équation de départ qui est fausse , je voulais bien sur parler de l'équation y''+ay'+by=0

Merci otto


jord

Posté par
otto
re : Equation différentielle 07-06-05 à 15:26

Pardon c'est même r²+a=0

Posté par Vénus74 (invité)re : Equation différentielle 07-06-05 à 15:51

@Nightmare: j'ai essayé de faire ce que tu m'as dis à 15:12 mais j'y arrive pas. Tu peux m'aider?

Posté par
Nightmare
re : Equation différentielle 07-06-05 à 16:16

Tu n'arrives même pas à faire le 1) avec ce que je t'ai dit ? Je t'ai donné toutes les solutions possible , il ne te reste plus qu'a retranscrire avec tes valeurs de a et b (et de résoudre l'équation caractéristique mais ça c'est vraiment niveau 1ére )

Posté par Vénus74 (invité)re : Equation différentielle 07-06-05 à 18:15

En fait je crois que je me mélange un peu entre solutions de l'équation homogéne, solution particuliére de l'équation.

Posté par
Nightmare
re : Equation différentielle 07-06-05 à 18:28

Les solutions de l'équation homogéne sont les solutions de l'équation sans second membre (c'est à dire =0)
Une solution particuliére de l'équation est une solution de l'équation avec second membre

Par exemple pour l'équation différentielle :
3$\rm y'-y=te^{t}

Une solution particuliére de l'équation est 3$\rm t\to te^{t}

Les solutions de l'équation homogéne (donc de l'équation y'-y=0) sont les fonctions 3$\rm t\to \lambda e^{t}

On en déduit alors que toutes les solutions de l'équation sont les fonctions :
3$\rm t\to e^{t}+\lambda e^{t} soit :
3$\rm t\to (\lambda+t)e^{t} (\lambda\in\mathbb{R})


Jord

Posté par Vénus74 (invité)re : Equation différentielle 07-06-05 à 19:59

Je reprend ce que tu as posté à 15:12.

1) trouver toutes les solutions de l'équation homogéne
2) trouver une solution particuliére de l'équation de départ (E)
3) sommer toutes les solutions de l'équation homogéne puis la solution particuliére de (E) pour trouver toutes les solutions de (E)

1)y=C1e-t + C2e-2t

2)solution part: g(x)= (t2/2 +2t)e-t

3)pas encore fais.

Posté par
Nightmare
re : Equation différentielle 07-06-05 à 20:25

Pour le 2) je trouve plutot g(x)=\(\frac{t^{2}}{2}-t\)e^{-t} (la solution du systéme que j'ai donné étant \(\frac{1}{2};-1\)

Bon eh bien il ne te reste plus qu'a conclure en faisant le 3)


Jord

Posté par Vénus74 (invité)re : Equation différentielle 07-06-05 à 20:56

C'est une erreur de frappe car j'ai trouvé la même chose.
Pour le 3 il faut que j'y travaille un peu.

Posté par
Nightmare
re : Equation différentielle 07-06-05 à 21:08

Il te suffit de sommer ce que tu as trouvé en 1) et ce que tu as trouvé en 2) , rien de difficile

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