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JFF mathématique : "inéquation différentielle" *

Posté par
kaiser Moderateur
23-07-06 à 15:40

Bonjour à tous

À ce que je vois, le forum est très actif aujourd'hui !
C'est pourquoi je propose cet exercice pour passer le temps.

Soit f une fonction de classe \Large{C^{1}} sur \Large{\mathbb{R}} telle que \Large{f'' +f \geq 0}.

Montrer que pour tout réel x, \Large{f(x)+f(x+\pi)\geq 0}.

Bonne réflexion
P.S : merci de répondre en blanké.

Kaiser

Posté par
cinnamon
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 23-07-06 à 15:48

Salut kaiser ,

Il manquerait pas un morceau à ton énoncé ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : JFF mathématique : 23-07-06 à 15:50

Je ne vois pas de quoi tu parles !!

Posté par
kaiser Moderateur
re : JFF mathématique : 23-07-06 à 15:52

Plus sérieusement, \LaTeX, n'aime pas les guillemets et j'ai donc remplacé " par \Large{''}.

Posté par
cinnamon
re : JFF mathématique : 23-07-06 à 15:52

Encore un privilège de rouge...

Posté par
kaiser Moderateur
re : JFF mathématique : 23-07-06 à 15:52

Posté par
Rouliane
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 24-07-06 à 18:29

Un p'tit indice Kaiser ?

 Cliquez pour afficher

Posté par
kaiser Moderateur
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 24-07-06 à 20:03

Bonsoir Rouliane

Tout d'abord, je tiens à rectifier une erreur de plus. Il faut bien sûr lire que f est de classe \Large{C^{2}}, et non pas juste de classe \Large{C^{1}}.
Indice pour ceux qui veulent :

 Cliquez pour afficher


Kaiser

Posté par
kaiser Moderateur
re : JFF mathématique : 25-07-06 à 20:12

Pas d'idée ?

Posté par
tealc
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 25-07-06 à 21:12

salut kaiser!

je n'ai pas beaucoup de temps mais je propose l'idée rapidement :

 Cliquez pour afficher


enfin c'est l'idée très générale! j'ai bon?

Posté par
Rouliane
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 12:41

Pour ma part, aucune idée

J'ai essayé d'utiliser ton indication Kaiser, en vain.

 Cliquez pour afficher

Posté par
tealc
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 13:38

Bonjour Rouliane.

 Cliquez pour afficher

Posté par
Rouliane
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 13:50

je vais réfléchir à ça, merci

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" 26-07-06 à 16:43

Bonjour;
Il s'agit de prouver que l'équation différentielle:2$\fbox{(E){:}y''+y=g}
admet au moins une solution y_0 qui soit positive sur tout \mathbb{R} car si tel est le cas on aurait l'existence de deux réels a et b tels que 2$\fbox{\forall x\in\mathbb{R}\\f(x)=y_0(x)+a cos(x)+bsin(x)} et donc 2$\fbox{\forall x\in\mathbb{R}\\f(x)+f(x+\pi)=y_0(x)+y_0(x+\pi)\ge0}

Posté par
infophile
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 16:51

Je vais faire tâche dans votre discution mais j'ai une question :

Qu'est-ce que la classe 4$ C_2 ? La classe 4$ C_1 c'est lorsque la dérivée d'une fonction est positive non ?

Kévin

Posté par
kaiser Moderateur
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 16:58

Bonjour à tous

Mais non infophile ! Tu as raison de poser des questions.
On dit qu'une fonction f est de classe \Large{C^{k}} si elle est k fois dérivable et si sa dérivée k-ième est continue.

Kaiser

Posté par
_Estelle_
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 17:06

Bonjour,

Kévin : non seulement ta question ne faisait pas âche, mais en plus la réponse a servi au moins deux personnes .

Estelle

Posté par
_Estelle_
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 17:06

Donc merci à Kevin d'avoir posé la question et à Kaiser d'avoir répondu.

Estelle

Posté par
Rouliane
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 17:07

Ehlor, ça vient d'où l'existence de a et b tels que 3$f(x)=y_0(x)+a cos(x)+bsin(x) ?

D'où sortent les cos et sin ?

Merci

Posté par
kaiser Moderateur
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 17:09

elhor_abdelali> Je ne comprends pas. L'existence d'une solution \Large{y_{0}} positive n'est pas forcément vérifiée.

Sinon, voulez-vous encore réfléchir un peu ou alors est-ce que je peux poster la réponse ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 17:11

Estelle>

Citation :
non seulement ta question ne faisait pas âche


pas tâche !

Posté par
otto
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 17:11

Ca sort de l'équation homogène associée...
Tu résouds y"+y=0 tu trouves une solution.
Tu trouves une solution particulière de y"+y=g et maintenant la solution générale est la somme des 2.

Posté par
_Estelle_
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 17:13



Estelle

Posté par
Rouliane
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 17:13

A mais oui, qu'est ce que je suis c*** .

Je sais pas pourquoi, j'étais persuadé que c'était la solution particulière

Kaiser, je veux bien la solution moi

Posté par
infophile
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 17:13

Merci Kaiser

Tu as déjà vu la dérivabilité STL ?

>> Kaiser

Est-ce qu'avec un niveau de terminale, on peut réussir à résoudre le problème ? Et si oui, quelles sont les compétences exigibles ?

Kévin

Posté par
tealc
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 17:13

bonjour,

alors après résolution :

f(x) = a cos(x) + b sin(x) + \int_0^{x} {g(u)sin(u-x) du}

sauf erreur.

à partir de là, on prouve que f(x)+f(x+\pi) \geq 0 non?

Posté par
_Estelle_
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 17:16

Tu as déjà vu la dérivabilité STL ?
"Vu", c'est beaucoup dire, mais oui.

Estelle

Posté par
kaiser Moderateur
re : JFF mathématique : 26-07-06 à 17:19

infophile> Personnellement, la méthode que j'utilise est abordable au niveau sup. Maintenant, je ne sais pas comment s'organise le programme de Terminale à présent mais pour pouvoir s'attaquer ce problème, il faut savoir résoudre les équations différentielles du second ordre avec second membre. Quand j'étais en Terminale (il y a 4 ans), on nous avait simplement balancé la formule pour les équations du type \Large{y''+\omega^{2}y=0} (donc sans second membre).

Posté par
infophile
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 17:21

Kaiser >> Avec ce document on peut s'en sortir ?

Posté par
infophile
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 17:28

Et est-ce que la remarque d'otto fait référence au théorème 4.1 de ce document ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 17:31

Désolé infophile, mais il semblerait que ce document ne traite pas les équations différentielles du second ordre avec second membre !

Posté par
kaiser Moderateur
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 17:32

Citation :
Et est-ce que la remarque d'otto fait référence au théorème 4.1 de ce document ?


Je pense qu'il répondait à Rouliane (Voir message de 17:07).

Posté par
infophile
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 17:34

Bonne réflexion pour les autres

Posté par
kaiser Moderateur
re : JFF mathématique : 26-07-06 à 17:38

Comme, apparemment, il n'y a pas d'objections, je poste la solution (qui a été plus moins donnée).
Je vous demanderais simplement de patienter un peu !
Désolé, je n'ai encore rien écrit ! (totale improvisation )

Posté par
lyonnais
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 18:30

je suis impatient de voir cette correction

Même si j'ai l'impression que les calculs donnés par tealc sont corrects ...

Posté par
lyonnais
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 18:33

(connaissant plus ou moins kaiser, ça sent la "big" correction)

Posté par
kaiser Moderateur
re : JFF mathématique : 26-07-06 à 18:36

Comme indiqué plus haut, l'idée était de se ramener à la résolution d'une équation différentielle.
En posant \Large{g=f''+f}, f est clairement solution de l'équation différentielle du second ordre avec second membre \Large{y''+y=g}.

D'abord, les solutions de l'équation homogène sont de la forme \Large{h(x)=a cos(x)+b sin(x)} où a et b sont des constantes.

Ensuite, déterminons une solution particulière en utilisant la méthode de variation des constantes.
Plus précisément, on cherche des fonctions \Large{\lambda} et \Large{\mu} tels que pour tout x réel :

\Large{\{\lambda'(x)cos(x)+\mu'(x)sin(x)=0\\ -\lambda'(x)sin(x)+\mu'(x)cos(x)=g(x)}

En résolvant ce système linéaire, on trouve que

\Large{\{\lambda'(x)=-sin(x)g(x)\\ \mu'(x)=cos(x)g(x)}.

On choisit donc

\Large{\{\lambda (x)=-\bigint_{0}^{x}sin(t)g(t)dt\\ \mu(x)=\bigint_{0}^{x}cos(t)g(t)dt}.

Finalement, comme f est solution l'équation, alors il existe des constantes a et b tels que pour tout x :

\Large{f(x)=a cos(x)+b sin(x)-cos(x)\bigint_{0}^{x}sin(t)g(t)dt+ sin(x)\bigint_{0}^{x}cos(t)g(t)dt
 \\ =a cos(x)+b sin(x)+\bigint_{0}^{x}sin(x-t)g(t)dt}

Pout tout x, on a alors :

\Large{f(x+\pi)+f(x)=a (cos(x)+cos(x+\pi))+b(sin(x)+sin(x+\pi))+\bigint_{0}^{x+\pi}sin(x+\pi-t)g(t)dt
 \\ +\bigint_{0}^{x}sin(x-t)g(t)dt
 \\ =\bigint_{0}^{x+\pi}sin(x+\pi-t)g(t)dt+\bigint_{0}^{x}sin(x-t)g(t)dt
 \\ =-\bigint_{0}^{x+\pi}sin(x-t)g(t)dt+\bigint_{0}^{x}sin(x-t)g(t)dt
 \\ =-\bigint_{x}^{x+\pi}sin(x-t)g(t)dt
 \\ =\bigint_{x}^{x+\pi}sin(t-x)g(t)dt}

On effectue le changement de variable u=t-x et on a :

\Large{f(x+\pi)+f(x)=\bigint_{0}^{\pi}sin(u)g(x+u)du}

Le sinus est positif sur l'intervalle \Large{[0,\pi]} et g est positive par hypothèse, donc par positivité de l'intégrale, \Large{f(x+\pi)+f(x)\geq 0}.

Kaiser

P.S : désolé pour le retard !

Posté par
kaiser Moderateur
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 18:38

Salut lyonnais

Pas si "big" que ça finalement !

Kaiser

Posté par
infophile
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 18:39

J'ai rien compris mais c'est très beau tout en LateX

Posté par
kaiser Moderateur
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 18:41

Merci infophile !

Posté par
tealc
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 18:43

ah ben finalement j'étais pas si loin que ça... en tout cas cet exercice, je l'avais à l'oral de l'X (enfin, en tant que "mise en bouche"!)

Posté par
tealc
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 18:43

au fait (Désolé pour le double post) merci pour l'exercice Kaiser

Posté par
kaiser Moderateur
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 18:44

Une remarque : comme f est de classe \Large{C^{2}}, alors g est continue et il était bien licite de prendre l'intégrale entre 0 et x.

Posté par
lyonnais
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 18:47

Super démo Kaiser



après coup quand on voit la correction, on se dit que c'était "faisable" finalement

PS : je trouve ça plutôt "big" moi

Salut Kevin
Merci pour la correction

Posté par
_Estelle_
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 18:47

Citation :
posté par : infophile
J'ai rien compris mais c'est très beau tout en LateX

De même .

Nicolas et la majorette.

Estelle

Posté par
kaiser Moderateur
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 18:56

Merci à tous !

tealc>

Citation :
je l'avais à l'oral de l'X (enfin, en tant que "mise en bouche"!)


J'imagine un peu ce qu'il y avait derrière comme exo.

lyonnais>

Effectivement, les connaissances requises pour faire ce genre d'exo est le niveau sup. Personnellement , la méthode de variation des constantes, je l'ai vu en sup mais certaines classes ne l'ont pas vu. Est-ce au programme de sup ?

Kaiser

Posté par
tealc
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 18:57

Officiellement, la méthode de variation de la constante est au programme de Maths spé... même si on peut le voir en sup...

Posté par
kaiser Moderateur
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 18:58

de la constante ou des constantes ?

Posté par
tealc
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 19:00

Pardon... des constantes (ou de la constante car même pour les équations différentielles d'ordre 1, ce n'est qu'au programme de spé...)

Posté par
Rouliane
re : JFF mathématique : "inéquation différentielle" * 26-07-06 à 19:02

Merci Kaiser pour cette démo

Va falloir que je revois la méthode de variations des constantes

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