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Niveau Maths sup
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equations différentielles du 2nd ordre

Posté par fx159 (invité) 10-10-05 à 20:58

Bonsoir,
j'ai un exercice sur les équa.diff à faire et je ne vois pas trop comment faire!
On considère l'équation différentielle:
(E) y''+2y'+5y=exp(-x).cos(x) où +
1)on suppose que =1;résoudre l'équation différentielle,déterminer la solution telle que y(0)=0,y'(0)=1.
2)résoudre (E)
Donc pour la 1), j'ai trouvé y(x)=(C[/sub]1.cos(2x)+C[sub]2.sin(2x)).exp(-x) pr l'équation sans second membre; mais après je n'arrive pas à trouver la solution particulière.
Et pr résoudre (E) je ne vois pas du tt comment faire.
Pouvez m'aider s'il vous plait
Merci d'avance
Bonne soirée

Posté par
piepalm
re : equations différentielles du 2nd ordre 11-10-05 à 08:00

cherche une solution de la forme y=u*cos2xe^(-x) qui va donner une équa diff en u':
u"+2u'=cosax/cos2x. Pour la résoudre , même méthode, d'abord l'équation sans second membre, puis une solution particulière en faisant varier la constante. Il ne reste plus qu'à intégrer u' pour obtenir u, donc y...

Posté par
JJa
re : equations différentielles du 2nd ordre 11-10-05 à 15:55

Première remarque :
une méthode qui rend la résolution plus simple consisterait à considérer l'équation dans le domaine complexe :
y''+2y'+5y = exp(-x).(cos(a.x)+i.sin(a.x)) = exp(x(-1+i.a))
En supposant que vous n'ayez pas appris cela, nous allons procéder autrement.
Seconde remarque :
La méthode habituelle consite à résoudre d'abord l'équation sans second membre, c'est à dire y''+2y'+5y = 0.
Ensuite, on trouve une solution particulière de l'équation avec second membre (si on n'en trouve pas une rapidement par le flair ou l'intuition, on emploira la méthode de la "variation de la constante" qui marche à coup sûr).
Cette méthode habituelle conduit bien au résultat, mais parfois demande un travail important : c'est souvent "le rouleau-compresseur pour écraser une mouche", comme on dit.
Troisième remarque :
Avant de se lancer, il n'est pas inutile de récléchir un peu, pour voir s'il est possible de simplifier l'équation dès le départ, ce qui réduira l'effort à fournir ensuite.
Dans le cas présent, le terme exp(-x) du second membre donne envie de voir si on ne simplifie pas l'équation en posant
y = exp(-x).f  avec f(x) une fonction inconnue.
y' = exp(-x).(-f+f')
y'' = exp(-x).(f-2f'+f'')
y''+2y'+5y = exp(-x).(f-2f'+f''-2f+2f'+5f) = exp(-x).(f''+4f)
donc  exp(-x).(f''+4f) = exp(-x).cos(a.x)
f''+4f = cos(a.x)
ce qui est déjà bien plus sympatique que l'équation du départ.
On va maintenant utiliser la méthode habituelle, qui ne devrait pas être trop dure avec une équation aussi simple.
Equation sans second membre : f''+4f = 0
solutions f = A.sin(2x)+B.cos(2x) avec A et B constantes arbitraires.
Recherche d'une solution particulière de f''+4f = cos(a.x)
On pourrait utiliser la méthode de la variation de la constante, mais il y a plus simple et plus direct :
En effet, en posant f = k.cos(a.x)+h.sin(a.x)
f' = -a.k.sin(a.x)+a.h.cos(a.x)
f'' = -a².k.cos(a.x)-a².h.sin(a.x)
f''+4f = (-a²+4)k.cos(a.x)+(-a²+4)h.sin(a.x) = cos(a.x)
donc h=0 et (-a²+4)k=1 d'où k = 1/(4-a²)
Une solution particulière est donc f = cos(a.x)/(4-a²)
La solution générale de l'équation f''+4f = cos(a.x)
est : f = A.sin(2x) + B.cos(2x) + cos(a.x)/(4-a²)
Par suite, la solution générale de l'équation y''+2y'+5y = exp(-x).cos(a.x) est donc :
y = exp(-x).(A.sin(2x) + B.cos(2x) + cos(a.x)/(4-a²) )
Dernière remarque :
Dans les cas particuliers a=2 ou a=-2, la solution particulière précédente ne convient évidemment pas. Il faut alors revenir à l'équation f''+4f = cos(2x). Si on ne voit pas de solution particulière évidente (autre que cos(2x) ou sin(2x)), il y a plusieurs façons de faire. En tout cas, la méthode de la variation de la constante, c'est à dire en posant par exemple f = k(x).sin(2x), marche comme d'habitude : elle permet de passer d'une équation du second odre à une du premier ordre que l'on résout par la méthode habitiuelle et qui donne alors une solution particulière convenable.

Posté par fx159 (invité)re : equations différentielles du 2nd ordre 11-10-05 à 20:09

merci bcp à toi JJa pour ta réponse!ca m'aide vraiment bcp!
bonne soirée



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