Bonsoir,
Pouvez-vous m'aider svp à résoudre l'exercice suivant :
On considère l'équation différentielle (E1) u" - 4 u' + 4u = 0, avec u(0) = u0 , u'(0) = u1 .
1. Soit u C2() une solution de (E1).
On pose X = .
Montrer que X est solution du système différentiel linéaire X' = AX, avec une matrice A M2() que l'on déterminera.
A part le faire à ta place , je ne vois pas ce qu'on pourrait faire .
As-tu au moins écrit la matrice X ' ?
Salut scoatarin
Si , est-ce compliqué d'écrire et de voir si on peut pas identifier des coefficients ?
La question suivante est :
2. Déterminer les valeurs propres et les vecteurs propres de A.
Je trouve comme polynôme caractéristique de la matrice A :
PA(X) = (X-1) (X+4) donc les valeurs propres de la matrice A sont 1 et -4.
Ensuite , j'ai calculé les vecteurs propres et trouvé :
V1=(1;4/5) pour la valeur propre 1 et V2=(0;1) pour la valeur propre -4.
Merci de valider mes réponses pour que je puisse passer à la suite de l'exercice.
salut
on ne va pas valider ... et tu passes à la suite ...
un peu de sérieux pour une matrice 2 * 2 ...
3. Soit V un vecteur propre non nul de A, et soit e1 = le premier vecteur de la base canonique.
(a) Montrer que (V,e1) forment une base de ².
(b) Décomposer Ae1 dans la base (V,e1).
(c) En déduire que A = P P-1, pour une matrice P GL2() et des réel , que l'on déterminera.
En réponse à la question 2. a):
On peux choisir V = car on a trouvé que ce vecteur est un vecteur propre de A à la question 2.
Les deux vecteurs V et e1 de ² sont non-nuls et visiblement linéairement indépendants, donc ils forment une base de ².
En réponse à la question 2. b):
Décomposons Ae1 dans la base (V,e1) :
A e1 = = = e1 + (4/5) V.
En réponse à la question 2. c):
Comme A e1 e1, la matrice A n'est pas diagonalisable.
P =
Ensuite, je ne sais pas comment justifier la décomposition de A.
Oui, ce qui confirme le fait que tu te sois contredit en trouvant deux valeurs propres distinctes de ta matrice et d'affirmer qu'elle n'est pas diagonalisable !
La bonne matrice n'est effectivement pas diagonalisable et n'a donc pas deux vp distinctes faute de quoi le problème revient à calculer une simple exponentielle de matrice.
Bonjour lake, merci bien de m'avoir remis sur les rails . Je reprends:
D'aprés la question 1, on a : .
Donc, on peut décomposer Ae1 dans la base (V,e1) :
.
En réponse à la question 2. c):
Comme A e1 e1, la matrice A n'est pas diagonalisable.
Ensuite, on sait que la matrice A est trigonalisable car son polynôme caractéristique est scindé, mais je ne sais pas comment justifier que c'est une matrice triangulaire supérieure.
Non, et je me suis palnté :
Les valeurs propres sont respectivement : et
Les espaces propres associés ont respectivement pour base : et
Donc A est bien diagonalisable contrairement à ce que j'ai dit.
Je viens de trouver que comme la matrice A est trigonalisable, par définition, la forme de la matrice A trigonalisée est une matrice triangulaire supérieure.
Il reste donc à déterminer la matrice de passage P et les réels et .
3. (b) Décomposons Ae1 dans la base (V,e1) :
3. (c)
Comme A e1 = 4V e1, la matrice A n'est pas diagonalisable dans la base (V,e1).
On va y arriver :
3. (b) Décomposons Ae1 dans la base (V,e1) :
donc dans la base(V,e1), on a : Ae1 = -4V.
3. (c)
Donc la matrice A n'est pas diagonalisable dans la base (V,e1).
Merci pour votre aide patiente.
Je ne sais franchement pas comment continuer.
Merci de m'aider encore.
Bon du coup, tu prends tout ce que je dis avec des pincettes.
Alors le polynôme caractéristique de la matrice est . Donc, matrice non diagonalisable. Okay, on n'en parle plus.
Un vecteur propre non nul de A est alors (tu vérifies !)
Tu tires a + b = 0 et b = -2 d'où
Ainsi, dans la base a pour coordonnées
Par suite, tu formes la matrice de passage P avec les coordonnées des vecteurs de la nouvelle base. A toi de voir dans quel sens.
Super, merci beaucoup jsvdb.
Je continuerai demain, mais j'espère ne pas avoir un exercice aussi difficile à l'examen, sachant qu'il y a encore 3 questions après celle-là.
Bonjour à tous,
J'ai bien essayé de trouver la matrice de passage P, mais je n'y arrive pas.
Pouvez-vous m'aider ?
Alors, ça va être la bon moment de discuter de ce qu'est une matrice de passage.
Donc, qu'est-ce-qu'on appelle "matrice de passage", passage de quoi à quoi, au fait ?
Je dis ça, parce que c'est bien beau d'appliquer des recettes de cuisine, mais c'est quand même vachement plus kool si on comprend ce qu'on fait !
Je suis tout à fait d'accord avec toi
Soit B et B' deux bases de E. On appelle matrice de passage de la base B à la base B', la matrice P dont les coordonnées sont les composantes des vecteurs de la base B' dans la base B.
Pour être tout à fait précis :
On muni E de deux bases : B (appelée ci-après "ancienne base" composée des "anciens vecteurs"), et B' (ci-après dénommée "nouvelle base" composée des "nouveaux vecteurs") alors :
est la matrice de l'identité et donc, en vertu de la construction de la matrice d'une application est composé des colonnes qui sont effectivement les coordonnées de chacun des nouveaux vecteurs dans l'ancienne base.
Tout n'est donc qu'une question de changement de base.
Application à la diagonalisation : là encore, il ne s'agit que d'un changement de base où A va avoir une autre expression, mais l'application qui se cache derrière A ne change pas.
Diagonaliser effectivement A, c'est trouver l'expression de A dans une autre base que celle où est exprimé A puis revenir à la base où est exprimé A.
On a trouvé les valeurs propres, et une nouvelle base de vecteurs propres. Dans cette nouvelle base Ax = kx pour tous les vecteurs de la nouvelle base. Oui, mais les autres ?
A est donc exprimé dans une base B. On note B' la base des vecteurs propres.
Alors, par définition est la matrice de l'identité . Par suite est la matrice de l'identité et dans la base B', l'expression de A est diagonale. Donc, un x de E étant donné, il est exprimé dans B et on opère de la façon suivante :
1/ on calcule qui est une photo de x mais exprimé dans B'
2/ on calcule qui est une photo de A(x) exprimé dans la base de vecteurs propres (B') et D la fameuse matrice diagonale avec les vp sur la diagonale.
3/ on calcule qui est le A(x) original, c'est-à-dire exprimé dans B.
Et par suite, ces opération étant vraies pour tout x de E, on A = PDP-1
C'est ça la diagonalisation.
Tu n'as plus qu'à appliquer le même schéma pour ton exercice de trigonalisation, ça marche de la même façon en faisant attention à ce que la ième colonne de P correspond l'expression du ième vecteur de B' exprimé dans B ... je dis ça juste pour tu prennes la bonne matrice triangulaire associée à la bonne matrice de passage
J'ai fini par trouver que P =
et = -2, mais je ne sais pas comment justifier l'ordre des 2 vecteurs colonnes de P.
D'après ce que j'ai écrit, P doit être une matrice de passage, donc quid de ses colonnes ? (la réponse est au début de mon post d'explication).
Peu importe l'ordre des colonnes tant que tu es cohérent par la suite.
Selon l'ordre des colonnes (et que parce qu'on est en dimension 2) tu auras une matrice triangulaire supérieure ou inférieure.
Ha ha ha ha scoatarin, il se prend même plus la tête à demander qu'on bosse pour lui, il cite direct ...
Ta base d'origine est la base canonique . Ta nouvelle base est donc et .
Ta matrice de passage est donc
Ensuite
ensuite, comme dans la nouvelle base, tu détermines en résolvant
et tu trouves effectivement
Du coup, retour au problème initial ... j'imagine !
et on pose et le problème devient avec la condition initiale
La solution est donné par
T'as plus qu'à calculer en décomposant et coup de bol diag(2,2) et N commutent, c'est plus pratique pour calculer une exponentielle de matrice
Je te dis ce que je trouve et tu vérifies si mes calculs sont bons :
On peut en tirer une base des solutions :
Bonjour jsvdb,
Un grand merci pour toutes ces explications.
J'ai bien compris l'essentiel.
Tu as même anticipé la question suivante:
4. Calculer exp(At) pour tout t (on pourra laisser l'expression finale sous la forme d'un produit de matrices).
J'aborderai cette question cette après-midi et te répondrai ensuite.
Bonne journée.
Je voulais dire exp(At) = P T P-1 avec T la matrice indiquée pour exp(At) à la fin de mon message précédent
Merci.
Les deux dernières questions sont dépendantes et je viens de réaliser que la question 5 permet de vérifier que le calcul de exp(At) de la question 4 est juste (sauf coquille d'énoncé ).
5. Soit x0 > 0, y0>0. Tracer la courbe paramétrée d'équation x = e2t (x0 - 2t0), y = e2ty0 , t .
6. En déduire l'allure du portrait de phase associé à (E1) lorsque P-1 = , avec x0, y0 > 0.
Je viens juste d'avoir un cours et une séance de TD sur les courbes paramétrées,
et j'aimerai être guidé pour appliquer ces connaissances fraîchement acquises à cette fin d'exercice.
On m'a dit que le plan d'étude est le suivant:
. Domaine de définition
. symétries
. tableau de variations
. branches infinies
. tracer la courbe
Si vous êtes d'accord , je me lance
Bonjour,
Voilà ce que j'ai fait pour la question 5:
. le domaine de définition est
. y(-t) y(t) donc pas de symétrie
. tableau des variations sur :
Je l'ai écris sur le papier.
Je ne sais pas retranscrire ce tableau de variations dans ce message.
Merci de me guider pour la retranscription.
Bonsoir,
Pouvez-vous me dire si le tableau de variations conjoint pour répondre en partie à la question 5 est juste ?
Si en plus vous m"indiquer des erreurs, ce serait génial
La fonction pour K et p réels a la variation du signe de Kp (ce que ton tableau ne fait pas ressortir.) c'est-à-dire, est croissante si Kp est positive, décroissante sinon. Donc ton tableau est faux pour la fonction x.
Ici, p = 2.
Comme y0 > 0, oui, y est croissante.
Mais x(t) = (x0-2y0)e2t donc il faut plutôt faire un tableau en fonction de x0 et y0.
Bonjour jsvdb,
Super, je me sentais un peu abandonné
J'ai compris que le tableau est faux pour la fonction x.
La question , maintenant, c'est : comment faire apparaître les bonnes valeurs dépendantes de x0 et y0 sur la première ligne du tableau de variations, sachant qu'on ne sait pas quel est le plus grand des deux nombres ?
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