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Niveau LicenceMaths 2e/3e a
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équation différentielle troisième ordre

Posté par
clara301002
18-11-22 à 15:29

Bonjour, j'ai besoin d'aide pour résoudre une équa diff du troisième ordre :

  y'''- y''+ y' - y = 3t²

J'ai pas encore vu le cours donc je ne sais pas du tout comment faire
merci

* modération > le niveau a été modifié  en fonction du profil renseigné *

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 18-11-22 à 15:31

je crois que 0 est une racine du troisième ordre mais je suis pas sure

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 18-11-22 à 15:35

l'équation caractéristique : exp(0)[A + B  + C] = A + B + C ?

Posté par
carpediem
re : équation différentielle troisième ordre 18-11-22 à 16:07

salut

en posant u = y' - y alors l'équation devient ...

en posant v = y" + y alors l'équation devient ...

choisis ton camp camarade !!

sinon classiquement l'équation homogène associée est ...

puis on essaie la solution particulière y(t) = ...

et alors l'équation caractéristique est ... (la tienne est à revoir en travaillant avec rigueur)


à toi de compléter les pointillés ...

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : équation différentielle troisième ordre 18-11-22 à 16:08

Bonjour,
Il se peut que poser z = y'-y puisse être utile.

Posté par
GBZM
re : équation différentielle troisième ordre 18-11-22 à 16:08

Bonjour,
Tu cherches la condition nécessaire et suffisante sur r pour que la fonction y : x\mapsto \exp(rx) soit solution de l'équadiff homogène
 y'''- y''+ y' - y=0
C'est ça l'équation caractéristique.

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : équation différentielle troisième ordre 18-11-22 à 16:08

Je m'éclipse

Posté par
GBZM
re : équation différentielle troisième ordre 18-11-22 à 16:09

Mais tu peux te ramener à des équations d'ordre 1 et d'ordre 2, comme indiqué plus haut.

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 18-11-22 à 16:14

si je pose z= y' - y , j'ai y''' - y'' + z = 3t²

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 18-11-22 à 16:14

1 est solution de l'équation et 0 aussi non ?

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 18-11-22 à 16:25

l'équation homogène est : X''' - X '' + X' - 1 = 27t^3  ?

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 18-11-22 à 16:33

clara301002 @ 18-11-2022 à 16:25

l'équation caractéristique est : X''' - X '' + X' - 1 = 27t^3  ?

Posté par
GBZM
re : équation différentielle troisième ordre 18-11-22 à 17:18

Non, n'écris pas des choses au hasard !
Revenons plus haut.

Citation :
si je pose z= y' - y , j'ai y''' - y'' + z = 3t²

Certes, mais y''' - y'' s'exprime facilement en termes de z= y' - y. Ne vois-tu pas de rapport entre les deux ?

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 08:48

ok merci
alors y'''-y'' = y'' * z ?

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 08:54

clara301002 @ 19-11-2022 à 08:48

ok merci
alors y'''-y'' = y'' * z ?

Non ce n'est pas ça du tout ! je vois pas le rapport entre les deux alors

Posté par
carpediem
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 10:56

faisons le classiquement !!

on veut résoudre l'équation homgène y"' - y" + y' - y = 0 sans oublier que y est une fonction de la variable t

on essaie la fonction y(t) = e^{rt}  où r est une constante

peux-tu nous donner :

1/ les dérivées de la fonction y jusqu'à l'ordre 3
2/ l'équation obtenue en remplaçant dans l'équation homogène
3/ l'équation (d'inconnue r) après simplification
4/ les solutions de cette équation

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 12:42

ok alors y'(t)=  rexp(t)
                   y''(t) = r
                   y'''(t) = 0
on a 0 - r + rexp(t) - exp(rt) = 0

Posté par
carpediem
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 12:53

c'est tout faux ... relis attentivement mon msg précédent ...

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 12:58

y'(t) = rexp(t) non ?

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 13:02

clara301002 @ 19-11-2022 à 12:58

y'(t) = rexp(t) = y''(t) = y'''(t) non ?

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 13:06

donc en remplaçant on a rexp(t) - exp(rt) = 0
ou toujours pas ??

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 13:10

solutions : r=1,

Posté par
carpediem
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 14:15

tant que le calcul des dérivées est faux il est inutile de faire quoi que ce soit ...

révise ton cours sur les dérivées pour dériver proprement la fonction y(t) = e^{rt}  où r est une constante

et en donner les dérivées jusqu'à l'ordre trois

Posté par
malou Webmaster
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 14:19
Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 15:25

oula pardon effectivement je suis allée trop vite..
f'(t) = rexp(rt)

je suis en troisième année et je sais pas calculer une dérivée !!

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 15:37

donc f'(t) = rexp(rt)   f''(t) = r²exp(rt)   f'''(t) = r^3 exp(rt) ?

donc l'équation homogène est égale à 0 si r=1

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 15:41

et je  n'ai pas trouvé d'autre solution pour l'instant, sauf si je me suis encore trompée ..

Posté par
carpediem
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 16:43

clara301002 @ 19-11-2022 à 15:37

donc f'(t) = rexp(rt)   f''(t) = r²exp(rt)   f'''(t) = r^3 exp(rt) ?   enfin !!

donc l'équation homogène est égale à 0 si r=1 peux-tu répondre aux quatre points que j'ai donnés à 10h56 ?

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 16:46

oui donc on a :  r^3exp(rt) - r²exp(rt) + rexp(rt) - exp(rt) = 0
= r( r²exp(rt) - rexp(rt) + exp(rt) ) = exp(rt)

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 16:54

et finalement r=1 est bien solution mais  j'en ai pas trouvé d'autre

Posté par
carpediem
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 16:57

mais voyons !!!

quel est le facteur commun dans

clara301002 @ 19-11-2022 à 16:46

r^3exp(rt) - r²exp(rt) + rexp(rt) - exp(rt) = 0

et comment peux-tu obtenir cela :
= r( r²exp(rt) - rexp(rt) + exp(rt) ) = exp(rt)


en 3e année de licence tu ne peux pas rater une telle factorisation !!

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 17:04

exp(rt) donc en factorisant ça équivaut a r^3 - r²  + r -= 1

Posté par
carpediem
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 17:10

mais pourquoi passes-tu ce 1 de l'autre côté ?

qu'as-tu appris au lycée quand on veut résoudre une équation polynomiale ?

Posté par
carpediem
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 17:11

et pourquoi peut-on se "débarrasser" de ce facteur exp (rt) ?

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 17:12

carpediem @ 19-11-2022 à 17:11

et pourquoi peut-on se "débarrasser" de ce facteur exp (rt) ?

car exp(rt) ne s'annule pas et est positif donc c'est r^3 - r² + r - 1 = 0 non ?

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 17:14

carpediem @ 19-11-2022 à 17:10

mais pourquoi passes-tu ce 1 de l'autre côté ?

qu'as-tu appris au lycée quand on veut résoudre une équation polynomiale ?

quand c'était du second degré  c'était avec le discriminant tout ça au lycée

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 17:21

on trouve 1, i et -i

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 17:22

donc voila enfin les trois solutions de l'équation homogène

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 17:36

donc l'équation caractéristique s'écrit  C1exp(t) + C2exp(it) + C3exp(-it) ?

Posté par
carpediem
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 17:46

clara301002 @ 19-11-2022 à 17:14

quand c'était du second degré  c'était avec le discriminant tout ça au lycée
non ...

quand c'est du premier degré je retourne au collège

quand ça n'est pas du premier degré je mets tout dans un membre et je factorise pour appliquer une classique règle apprise au collège !!

et quand ce n'est pas du premier degré un cas particulier vu au lycée est le second degré ... mais le discriminant est un utilitaire pas une fin en soi !!! et on peut s'en passer allègrement quand on connait ses identités apprises au collège !!



peux-tu factoriser (dans C) r^3 - r^2 + r - 1 pour montrer qu'on obtient bien
clara301002 @ 19-11-2022 à 17:21

on trouve 1, i et -i

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 17:52

j'ai trouvé i et -i directement, je ne vois pas quelle factorisation faire ..

Posté par
carpediem
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 18:02

r^3 - r^2 + r - 1 = r^2(r - 1) + (r - 1)1 = (r - 1)(r^2 + 1) = (r - 1)(r^2 - i^2) = (r - 1)(r - i)(r + i)

donc les racines du polynome sont 1, i et -1

clara301002 @ 19-11-2022 à 17:36

donc l'équation caractéristique s'écrit  C1exp(t) + C2exp(it) + C3exp(-it) ?
ne veut rien dire !

donc la solution générale de l'équation homogène est la fonction y(t) = ae^t + be^{it} + ce^{-it} avec a, b et c des constantes (réelles) ...

mais la théorie nous permet de se débarrasser de ces fonctions complexes
sais-tu comment faire ?

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 18:28

alors déjà merci pour toutes vos réponses
c'est un dm mais on a ni commencé le cours ni le TD duo coup je sais pas du tout comment fair

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 18:29

carpediem @ 19-11-2022 à 18:02

r^3 - r^2 + r - 1 = r^2(r - 1) + (r - 1)1 = (r - 1)(r^2 + 1) = (r - 1)(r^2 - i^2) = (r - 1)(r - i)(r + i)
ok ça c'est bon merci
donc les racines du polynome sont 1, i et -1

clara301002 @ 19-11-2022 à 17:36

donc l'équation caractéristique s'écrit  C1exp(t) + C2exp(it) + C3exp(-it) ?
ne veut rien dire !

donc la solution générale de l'équation homogène est la fonction y(t) = ae^t + be^{it} + ce^{-it} avec a, b et c des constantes (réelles) ...
oui d'accord je pensais que c'était ça que j'avais écrit mais oui c'est pas l'équation caractéristique

mais la théorie nous permet de se débarrasser de ces fonctions complexes
sais-tu comment faire ?

Posté par
carpediem
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 18:56

ne connais-tu pas des relations entre ces exponentielles complexes et des fonctions réelles bien connues ?

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 18:58

je pense que je la connais mais là je vois pas du tout ..

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 19:12

ah mais si !! son et cos bien sûr aha

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 19:21

mais avec trois constantes je suis pas sure de savoir comment « simplifier »
Aexp(t) + exp(t)( Bcos(t) + Csin(-t) ) ? je sais pas

Posté par
carpediem
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 19:55

d'où vient ce moins dans le sinus ?

je ne m'occupe uniquement que de la partie complexe :

y(t) = be^{it} + ce^{-it} = a(\cos t + i \sin t) + b( \cos t - i \sin t) = (a + b) \cos t + i(a - b) \sin t

en choisissant a et b complexes conjugués on démontre qu'on obtient tous les réels (je ne ferai pas la démo) ...

et donc la solutions générale de l'équation homogène est y(t) = ae^t + b \cos t + c \sin t}

... et je t'invite à le montrer évidemment et nécessairement !!!

avant de poursuivre ...

Posté par
clara301002
re : équation différentielle troisième ordre 19-11-22 à 20:43

carpediem @ 19-11-2022 à 19:55

d'où vient ce moins dans le sinus ?

je ne m'occupe uniquement que de la partie complexe :

y(t) = be^{it} + ce^{-it} = a(\cos t + i \sin t) + b( \cos t - i \sin t) = (a + b) \cos t + i(a - b) \sin t

ce n'est pas plutôt b et c ? au lieu de a et b ?

en choisissant a et b complexes conjugués on démontre qu'on obtient tous les réels (je ne ferai pas la démo) ...

et donc la solutions générale de l'équation homogène est y(t) = ae^t + b \cos t + c \sin t}

... et je t'invite à le montrer évidemment et nécessairement !!!

avant de poursuivre ...

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