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équations différentielles y'=ay+f

Posté par
Nelcar
23-02-21 à 10:10

Bonjour,
Voici un exercice que j'essaies de faire :
Soit l'équation différentielle y'-2y=4x²-4x
1) déterminer une solution particulière u de cette équation de la forme u(x)= ax²+bx+c où a, b et c sont des réels que l'on déterminera
2) déterminer la solution générale de cette équation
3) déterminer la solution f de cette équation telle que f '(1)=2

je commence:
1) u(x)=ax²+bx+c
je calcule u'(x)= 2ax+b
u'(x)-2u(x) = 2ax+b-2(ax²+bx+c)
=2ax+b-2ax²-2bx-2c=4x²-4x=x(4x-4)

après je doute
-2a=4     a=-2
je n'arrive jamais à savoir ce que je prend
en tâtonnant j'ai trouvé b=4  mais j'aimerai avroir une explication pour savoir comment trouver a , b et c

MERCI

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : équations différentielles y'=ay+f 23-02-21 à 10:23

Bonjour,
Identifie les coefficients de même degré des polynômes 2ax+b-2(ax²+bx+c) et 4x²-4x.
Dans ce but, réduis et ordonne la premier.

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : équations différentielles y'=ay+f 23-02-21 à 10:23

le premier

Posté par
Nelcar
re : équations différentielles y'=ay+f 23-02-21 à 10:50

Bonjour Sylvieg,
donc de même degré j'ai d'un côté ax² = 4x²  CE Qui donne a=4
bx=-4x  donc b=-4
et c=0

c'est ça

MERCI

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : équations différentielles y'=ay+f 23-02-21 à 11:10

Tu n'as pas réduit et ordonné le premier polynôme :
2ax+b-2(ax2+bx+c) = -2ax2 + 2(a-b)x + b+2c

Quand on identifie, on écrit des égalités entre coefficients ( les x disparaissent) :
-2a = ...
2(a+b) = ...
b+2c = ...

Posté par
Nelcar
re : équations différentielles y'=ay+f 23-02-21 à 13:37

Re,
oui c'est là mon problème je ne vois jamais comment faire.
-2a=4   a= -2
2(a+b)=-4     2(-2+b)=-4   b=1/2
b+2c=0      1/2+2c=0     c=-1/4

MERCI    

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : équations différentielles y'=ay+f 23-02-21 à 13:57

Écris la conclusion de 1) :
La fonction u définie sur par u(x) = .... est une solution particulière de l'équation y'-2y=4x²-4x.

Utilise ce résultat pour traiter 2).
Soit tu as vu une propriété dans le cours, soit tu la démontres dans ce cas particulier avec une méthode à connaitre :
Une fonction f définie sur est solution de y'-2y=4x²-4x si et seulement si f' - 2f = u' - 2u.
f' - 2f = u' - 2u (f-u)' - 2(f-u) = 0 f-u solution de y'-2y = 0.

Et chercher f-u, pour en déduire ensuite f.

Posté par
Nelcar
re : équations différentielles y'=ay+f 23-02-21 à 15:10

donc
La fonction u définie surR  par u(x) =-2x²+1/2x-1/4. est une solution particulière de l'équation y'-2y=4x²-4x.
pour la 2)
y=Ce2x-2x²+1/2x-1/4

MERCI

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : équations différentielles y'=ay+f 23-02-21 à 16:54

Avec C constante réelle, c'est bon !

Posté par
Nelcar
re : équations différentielles y'=ay+f 23-02-21 à 17:06

ok donc la réponse du 2 est :
y=Ce2x-2x²+1/2x-1/4+C  (donc je dois supprimer le C de début ?)

3) pour la suite je dois donc dériver y c'est ça pour remplacer xpar 1
là je ne sais comment faire

MERCI

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : équations différentielles y'=ay+f 23-02-21 à 17:29

Non, pour 2), ta réponse de 15h10 était bonne. Mais il faut préciser le statut de C.

Pour 3), oui, tu dérives ce que tu as trouvé au 2). Et tu en déduis la valeur de C.

Posté par
Nelcar
re : équations différentielles y'=ay+f 23-02-21 à 20:08

ok pour
2) y=Ce^2x-2x²+1/2x-1/4   avec C constante réelle
3) y'= Ce^2x -4x+1/2
Ce^2x=4x-1/2
C=(4x-1/2)/e^2x

MERCI

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : équations différentielles y'=ay+f 23-02-21 à 20:46

Ça ne va pas du tout.
Tout d'abord, ça m'avait échappé, il faut des parenthèses :
y=Ce^(2x)-2x²+1/2x-1/4
Tu peux aussi utiliser le bouton \; X2 \; sous la zone de saisie. Attention, faire Aperçu avant de poster.

Après, la dérivée de g définie par g(x) = e2x n'est pas donnée par g'(x) = e2x.

Enfin, une constante est une constante. Pas de \; x \; dans son expression.

Où est utilisé f'(1) = 2 ?

Posté par
Nelcar
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 09:02

Bonjour Sylvieg,
oui je sais que je peux utiliser X² mais une fois sur deux il ne fonctionne pas. OK pour les parenthèses.
oui en effet la dérivée de g(x) est 2e2x
y'= C2e2x -4x+1/2
C2e2x=4x-1/2
C=(4x-1/2)/2e2x

MERCI

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 09:20

C'est encore n'importe quoi.
Traduis f'(1) = 2.

Je ne vais plus être disponible.

Posté par
Pirho
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 09:45

Bonjour,

je ne fais que passer!

Nelcar @ 23-02-2021 à 13:37

Re,
oui c'est là mon problème je ne vois jamais comment faire.
-2a=4   a= -2
2(a+b)=-4     2(-2+b)=-4   b=1/2 b est faux , d'où c aussi
b+2c=0      1/2+2c=0     c=-1/4

Posté par
Nelcar
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 10:52

Bonjour Pirho
ah ! je pensais que c'était bon d'après Sylvieg
je n'y comprend plus rien
Sylvieg avait mis :

Tu n'as pas réduit et ordonné le premier polynôme :
2ax+b-2(ax2+bx+c) = -2ax2 + 2(a-b)x + b+2c

Quand on identifie, on écrit des égalités entre coefficients ( les x disparaissent) :
-2a = ...
2(a+b) = ...
b+2c = ...
-2a=4   a= -2
2(a+b)=-4     2(-2+b)=-4   b=-2 ?
b+2c=0      1/2+2c=0     c=1 ?

MERCI

Posté par
Pirho
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 11:23

-2\,a\,x^2 + 2(a\textcolor{red}{-}\,b)x + b+2\,c=4x^2-4x

terme en x^2 : -2a=4 , a=-2

terme en x : 2(a\textcolor{red}{-}b)=-4 relis ton post de 10h52

Posté par
hekla
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 11:31

Bonjour

\begin{cases}-2a=4\\2a-2b=-4\\b-2c=0\end{cases}

\begin{cases}a=-2\\-4-2b=-4\\b-2c=0\end{cases}

Posté par
Nelcar
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 11:58

Bonjour hekla,
je suis un peu perdue car on m'avait dit que j'avais bon
donc je reprends
a=-2
pour le b j'avais mis +2b donc pour ici -4-2b=-4
-2b=-4+4
b=0/-2=0
b-2c=0
0-2c=0
c=0

MERCI

Posté par
Pirho
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 12:01

c'est juste

Posté par
hekla
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 12:19

Un peu de calcul mental ne ferait pas de mal !

-4-2b=-4 on barre les -4    
-2b=-4+4 peu d'intérêt
b=0/-2=0  Passez par le quotient !

Bonjour Pirho

Posté par
Nelcar
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 12:44

Oui je sais hekla mais comme parfois on me demande de développer

Soit l'équation différentielle y'-2y=4x²-4x
1) déterminer une solution particulière u de cette équation de la forme u(x)= ax²+bx+c où a, b et c sont des réels que l'on déterminera
2) déterminer la solution générale de cette équation
3) déterminer la solution f de cette équation telle que f '(1)=2

pour la 2) donc :y=Ce2x-2x²+x

est-ce ça

MERCI

Posté par
hekla
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 12:59

Il y a  « développer » et  « développer » surtout lorsqu'il s'agit d'éléments aussi élémentaires

D'où vient le  +x la solution particulière  était -2x^2

Posté par
Nelcar
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 17:02

re,

ok pour la solution partielle -2x²
pour le 2) y=Ce2x-2x²
3) je dérive donc y
y'=C2e2x-4x

après je ne sais quoi faire
f ' (1)=2
C2e2x-4x=2
C= 2/2e2x=e-2x

MERCI

Posté par
hekla
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 17:23

Il faudrait peut-être remplacé  x par 1

f'(x)=2C\text{e}^{2x}-4x

 f'(1)=2C\text{e}^2-4=2

Posté par
Nelcar
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 17:53

Oui en effet, que je suis bête
donc C=2/2e2
f'()=2Ce²=6   C=6/2e²=3e-2

MERCI

Posté par
hekla
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 18:00

Encore du dénigrement ! Un manque d'attention

il faut conclure

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 19:18

Bonsoir,
Merci Pirho et hekla d'avoir rectifié l'erreur que je n'avais pas vue
J'aurais du vérifier les calculs du 23 à 13h37 ou la conclusion de 15h10.

@Nelcar,
Désolée de ne pas avoir vu ton erreur.
Une remarque :
Quand tu trouves une solution particulière, ça prend 30 secondes de la vérifier.
Ici calculer u'(x) - 2u(x) qui doit donner 4x2-4x.

Je vous laisse continuer.

Posté par
Pirho
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 19:29

Bonsoir Sylvieg,

de rien pour une fois que ce n'est pas moi qui me suis trompé; au moins ça rassure

Posté par
Nelcar
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 20:10

toutes erreurs est humaine.
donc je reviens au 3)

C=2/2e2
f'()=2Ce²=6   C=6/2e²=3e-2
la solution de l'équation pour f(1)=e2x

MERCI

Posté par
Nelcar
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 20:11

j'ai envoyé trop vite
f(1=e(^2x)3e^-2

Posté par
hekla
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 20:40

On était resté à  y=C\text{e}^{2x}-2x^2   il importait de  connaître C  sachant que f'(1)=2

On a fini par trouver C=3\text{e}^{-2}

Maintenant, il est l'heure de conclure

f(x)=3\text{e}^{-2}\text{e}^{2x}-2x^2= 3\text{e}^{2x-2}-2x^2

Vérification

 y'=6\text{e}^{2x-2}-4x \quad -2y=  -6\text{e}^{2x-2}+4x^2

 y'-2y=\cancel{6\text{e}^{2x-2}}-4x   \cancel{-6\text{e}^{2x-2}}+4x^2

Posté par
Nelcar
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 21:08

hekla j'ai dû mal de voir comment tu faix pour avoir la première ligne

je comprends le début mais pourquoi après avoir -2 y
si tu peux m'expliquer cette première ligne

MERCI

Posté par
hekla
re : équations différentielles y'=ay+f 24-02-21 à 21:29

Je voulais vérifier  que y'-2y=4x^2-4x

J'ai écrit la fonction avant  vérification
j'ai calculé y' puis -2y pour éviter d'avoir une longue ligne de calcul et seconde ligne la somme et on remarque que l'équation différentielle est vérifiée

Posté par
Nelcar
re : équations différentielles y'=ay+f 25-02-21 à 07:42

Bonjour hekla,
j'avoue que j'ai du mal à comprendre ceci

surtout ta première ligne ou tu as mis -2 y pour moi il changeait de côté donc de signe

MERCI

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : équations différentielles y'=ay+f 25-02-21 à 08:20

Si on te demande de vérifier que le réel \; 3 \; est solution de l'équation \; x3 - 2x = 21 , tu ne vas pas transposer le \; 2x \; à droite avant de calculer.
33 = 27 \; et \; -23 = 6 \;; donc \; 33 -23 = 27-6 = 21 .

Posté par
Nelcar
re : équations différentielles y'=ay+f 25-02-21 à 09:42

OK
je viens de comprendre
je n'avais pas bien compris sa première ligne
c'est bon

MERCI

Posté par
hekla
re : équations différentielles y'=ay+f 25-02-21 à 10:17

Je tacherai d'être plus explicite encore la prochaine fois

bonne journée



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