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Niveau Maths sup
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Equation différentielle du premier ordre

Posté par
Kekeee
16-10-21 à 22:57

Bonsoir,
On me demande de trouver toutes les fonctions de R dans R, dérivables vérifiants pour tout (x,t) R2

f(x+t)=exf(t)+etf(x)


Donc j'ai procédé par analyse synthèse en dérivant dans un premier temps mon égalité par rapport à x. J'évalue ensuite en x=0 et j'obtiens l'equa diff du premier ordre suivante:

f'(t)-f(t)=f'(0)et

Donc j'ai fait comme si je résolvais une équation diff du premier ordre:

Je trouve comme solution de l'équation homogène: (avec C réelle)
f0(t)=Cet

Ensuite la solution particulière avec la variation de la constante:
f1(t)=f'(0)tet

Je reviens sur mon égalité en évaluant:
x=t=0 pour remarquer f(0)=2f(0) i.e f(0)=0 donc f'(0)=0

Donc je conclus en disant que les solutions de mon equa diff de départ sont de la forme:

f(t)=Cet

Or quand j'essaie de faire ma synthèse je n'arrive pas à quelque chose de juste, et je sais que la solution que je devrais trouver doit être Ctet !

Mais je ne vois pas où est mon erreur…
Merci pour votre aide.

Posté par
jsvdb
re : Equation différentielle du premier ordre 16-10-21 à 23:04

Bonsoir Kekeee.
Je commencerais par un truc simple dans l'analyse : poser t = 0 dans l'égalité initiale ...

Posté par
jsvdb
re : Equation différentielle du premier ordre 16-10-21 à 23:07

Oublie ma remarque ! Je croyais aboutir à une impossibilité.
Cela dit on voit quand même qu'on doit avoir f(0) = 0 (histoire de sauver la face)

Posté par
Kekeee
re : Equation différentielle du premier ordre 16-10-21 à 23:10

Bonsoir jsvdb. Oui, avez vous lu tout mon message? J'ai bien trouvé f(0)=0..

Posté par
Kekeee
re : Equation différentielle du premier ordre 16-10-21 à 23:11

enfin je me suis trompé pour la justification mais je trouve bien f(0)=0 en évaluant tout en 0

Posté par
jsvdb
re : Equation différentielle du premier ordre 16-10-21 à 23:24

En fait, tu es ramené à résoudre y'-y = f'(0) e^t.
Le simple changement de variable y = z(t)e^t aboutit très simplement à poser comme solution particulière z(t) = f'(0)t
D'où la solution générale y(t) = Ke^t + f'(0)te^t, K\in \R.

Posté par
Kekeee
re : Equation différentielle du premier ordre 16-10-21 à 23:37

Oui.. tout ça je l'ai dit dans le message…

Mais le problème est que: comme f'(0)=0

On a: f(t)=Ket

Mais cette expression ne vérifie pas l'égalité de départ

Posté par
carpediem
re : Equation différentielle du premier ordre 16-10-21 à 23:58

salut

f(x + y) = e^xf(y) + e^yf(x) \iff \dfrac {f(x + y)}{e^{x + y}} = \dfrac {f(x)} {e^x} + \dfrac {f(y)} {e^y}{

posons alors g(t) = f(t)e^{-t}

...

Posté par
Kekeee
re : Equation différentielle du premier ordre 17-10-21 à 00:00

Bonsoir carpediem oui je pense que c'est faisable aussi avec cette méthode… mais j'aimerai qu'on me guide sur la méthode que j'ai faite..

Posté par
jsvdb
re : Equation différentielle du premier ordre 17-10-21 à 00:00

f'(t)-f(t)=f'(0)e^t évalué en t = 0 donne que f'(0)=f'(0)  qui donne que f'(0) peut être quelconque.

Donc f(t) = Cte^t alors f(a+b) = C[(a+b)e^{a+b}] = [e^a(Cbe^b) + e^b(Cae^a)] donne bien ce que l'on voulait.

Posté par
Kekeee
re : Equation différentielle du premier ordre 17-10-21 à 08:09

Ah là ça m'intéresse.
Comment le fait que f'(0) soit quelconque donne
f(t)=Ctet et pas Cet?

Posté par
jsvdb
re : Equation différentielle du premier ordre 18-10-21 à 11:32

Je résume :

ANALYSE :
On cherche toutes fonctions dérivables sur \R telles f(x+t) = e^xf(t) + e^tf(x)~(*) pour tout x et t réels.
On dérive une première fois par rapport à x et on évalue en x = 0 : on obtient que pour tout réel t, on doit avoir f'(t) = f(t) + f'(0)e^t
L'évaluation de cette dernière expression en t = 0 force f(0) = 0 et ne donne aucune contrainte sur f'(0).
On est donc amené à résoudre l'équation différentielle archi basique y'-y= \lambda e^t,~\lambda\in\R fixé.
La solution générale de cette équation est y(t) = (K + \lambda t)e^tK \in \R.
La condition y(0)=0 impose K = 0.
il reste donc y(t) = \lambda te^t. On vérifie aisément que \lambda = y'(0).

SYNTHÈSE :
On vérifie que y(t) vérifie bien la condition (*) pour tout \lambda\in \R \text{ fixé}.

CQFD.

Posté par
carpediem
re : Equation différentielle du premier ordre 18-10-21 à 17:25

je préfère ma méthode qui résout le pb en quatre lignes sans aucun calcul ...

Posté par
jsvdb
re : Equation différentielle du premier ordre 18-10-21 à 17:41

Moi aussi , mais comme je suis aussi là pour répondre aux attentes :

Kekeee @ 17-10-2021 à 00:00

Bonsoir carpediem oui je pense que c'est faisable aussi avec cette méthode [je confirme]mais j'aimerai qu'on me guide sur la méthode que j'ai faite...

Posté par
carpediem
re : Equation différentielle du premier ordre 18-10-21 à 17:58

oui bien sûr !! et surtout pour corriger la grossière erreur de (raisonnement et de) calcul de recherche de f'(0) de Kekeee

Posté par
jsvdb
re : Equation différentielle du premier ordre 18-10-21 à 18:26

Et ta méthode l'aurait évitée...
En plus, je l'aime bien, car elle raisonne par équivalence.



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