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Question de cours à démontrer: équation différentielle

Posté par
laotze
30-05-05 à 18:34

Bonjour à tt le monde!

j'ai une question de cours plutôt inhabituelle sur les équations différentielles; si quelqu'un sur l'île pouvait m'aider ,je lui serais reconnaissant!

Voici la question:

Soit l'équation diff y'=ky. A partir de logarithme népérien, démontrez l'existence et l'unicité de la solution de l'equa diff si f(0) est donné et k=1.

Merci d'avance!

@++
M_L_

Posté par
Nightmare
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 18:40

Bonjour

En supposant que y n'est pas la fonction nulle , alors l'équation peut s'écrire :

\frac{y'}{y}=1
On en déduit :
3$\rm \Bigint \frac{y'(x)}{y(x)}dx=\Bigint 1dx
soit :
3$\rm ln|y(x)|=1+C (avec C>-1)
c'est à dire :
3$\rm |y(x)|=e^{x+C}
ie :
3$\rm y(x)=e^{C}e^{x}
soit :
3$\rm y(x)=\lambda e^{x}


Jord

Posté par
Nightmare
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 18:42

Pour ce qui est de l'unicité , il suffit de dire que la fonction ln est une injection , ainsi on obtient bien l'implication :
3$\rm ln|y(x)|=1+C\Rightarrow |y(x)|=e^{x+C}

et y(x) est unique


Jord

Posté par
soucou
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 18:44

Bonjour

tu divise par y (non nul pouisque est censée être une exponentielle)

\frac{y'}{y}=k

Tu intègres ln(y)=kx+Cte et tu multiplies par e

y=Cte.e^{kx}

Est-ce cela ?

Posté par
otto
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 18:50

Attention, on a pas le droit de faire ce que vous faites nightmare et soucou, car on ne sait pas si y s'annule sur R.
Si vous voulez le faire, il faut d'abord montrer que y ne s'annule jamais sur R.
A+

Posté par
otto
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 18:52

Autre chose, vous utilisez l'exponentielle pour prouver ce que vous voulez, mais vous n'avez pas le droit puisque l'on pose justement que l'exponentielle est l'unique solution de cette équation pour f(0)=k=1

Posté par
Nightmare
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 18:52

Oui mais pour vraiment faire une démonstration rigoureuse , il faudrait que laotze nous donnes plus de données .


jord

Posté par
otto
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 18:55

Salut, non ce n'est pas la peine, on peut s'en tirer ainsi, plus ou moins comme tu le fais, mais montrer d'abord que y ne s'annule pas, et ton premier post est bon (à condition de ne pas utiliser la notation exp mais plutôt le fait que ln admet une réciproque ln^-1)
A+

Posté par
cqfd67
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 18:55

salut, j ai pense utiliser la methode d'Euler pour obtenir l'exponetielle?

Posté par
laotze
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 18:56

Bonjour Jord!
Merci pour ta réponse!   

mais je n'arrive pas à comprendre (je suis lent à comprendre^^) certaines étapes du raisonnement: pourrais-tu m'expliquer comment tu passes de " ln |y(x)| = 1+C (C>-1) " à " |y(x)| = ex+C "

J'aurais plutôt tendance à écrire "donc |y(x)| = e1+C"...Je sais que c'est absurde mais j'ignore pourquoi.

Pourrais-tu m'éclairer?

Merci d'avance!
@+

Posté par
Nightmare
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 18:57

C'est un erreur de ma part , ce n'est pas ln|y(x)|=1+C mais ln|y(x)|=x+C

Posté par
otto
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 18:58

La méthode d'euler est une approximation, même s'il est convergeant tu ne prouves pas grand chose.
Certains profs font çà, mais en général ils ajoutent que ce n'est pas rigoureux du tout même si ça te donne une approximation (aussi bonne que tu le souhaites)

Posté par
Nightmare
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 18:59

Comme le précise otto , il faut montrer que ln admet une réciproque (donc qu'elle est bijective) et ainsi écrire :

3$\rm ln|y(x)|=x+C\Rightarrow ln^{1}(ln|y(x)|)=ln^{-1}(x+C)\Rightarrow |y(x)|=ln^{-1}(x+C) et par la suite on démontre que ln-1 est l'exponentielle


Jord

Posté par
soucou
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 18:59

Le problème tu as fait disparaître la variable, de plus e^{1+C}=Cte (constante)

Or la dérivée d'une constante ne peut pas être égale à la fonction de départ au coefficient k prés.

Posté par
laotze
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 18:59

Olà!

Je vois que il y a une discussion compliquée sur ma question pendant que j'écrivais (je suis vraiment lent !)!

Merci à vous tous!

Posté par
soucou
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 19:00

Oups autant pour moi je n'arrive plus à suivre

Posté par
cqfd67
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 19:02

en fait pour trouver l'exponentielle je suggerais de montrer que les suites: un(x)=(1+x/n)^n
et vn(x)=(1-x/n)^(-n) sont adjacentes

et de montrer que f(x)=un(x) verfie bien lequa diff y'=y

Posté par
Nightmare
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 19:04

Ou sinon on peut supposer que y est une autre fonction que l'exponentielle , et on peut étudier la fonction 3$\rm  h(x)=\frac{y(x)}{exp(x)} , montrer qu'elle est constante et qu'elle vaut 1 (c'est le même raisonnement que pour montrer que exp est unique)


jord

Posté par
otto
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 19:08

Nigthmare, c'est comme solution de
y'=y et y(0)=1 que l'exponentielle est introduite en terminale.


"
en fait pour trouver l'exponentielle je suggerais de montrer que les suites: un(x)=(1+x/n)^n
et vn(x)=(1-x/n)^(-n) sont adjacentes

et de montrer que f(x)=un(x) verfie bien lequa diff y'=y
"


Je trouve çà très dangeureux, et pas rigoureux.
Comme définis tu la limite des suites (un) et (vn)?
Comment montrer que la limite est bien dérivable et qu'elle vérifie l'équation différentielle.
Je suis sceptique.

Posté par
Nightmare
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 19:10

Ma technique n'est pas bien otto ?

Posté par
otto
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 19:15

Nightmare:
Ce n'est pas qu'elle est pas bonne, c'est que cet exercice sert à introduire la fonction exponentielle, tu n'as donc jamais le droit de t'en servir ni d'y faire référence.
Le reste semble pas mal.
A+

Posté par
cqfd67
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 19:19

ben je dis pas que ma methode est facile (elle etait la premiere epreuve du capes 2004) mais longue et rigoureuse

Posté par
cqfd67
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 19:19

ben je dis pas que ma methode est facile (elle etait la premiere epreuve du capes 2004) mais longue et rigoureuse

Posté par
cqfd67
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 19:23

il faut d abord utiliser l ineaglite de bernoulli:
pour tou n et tout reel x>-1 on a (1+x)^n>=1+n*x
(par reccurrence par exemple)

ensuite on montre que un est croissante pour n>|x|
et donc vn est decroissante

puis en prenat le rapport un(x)/vn(x)=(1-x²/n²)^n on montre que les suites converge la  meme limite

Posté par
otto
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 19:26

Oui je sais que c'est la première épreuve du Capes, mais justement Capes=bac+3 ...
En faisant çà, on montre uniquement la convergence simple de vn et un vers exp sur (-1,+oo)...

Posté par
cqfd67
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 19:28

ensuite en posant f(x)=lim(un(x),n->+oo)
on montre que f(x+h)>=(1+h)f(x)

en remplacant h par -h on obtient:
f(x-h)>=(1-h)f(x)

puis en remplacant x par x+h) on obltient
f(x)>=(1-h)f(x+h)
c est a dire
pour h>0:
f(x)<=(f(x+h)-f(x))/h<=f(x)/(1-h)

et pour h>0
f(x)/(1-h)<=(f(x+h)-f(x))/h<=f(x)


on obient en faisant tendre h par 0 que f est deriavable de derive f

Posté par
otto
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 19:28

Enfin on montre la convergence, on sait pas vers quoi.

Posté par
cqfd67
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 19:31

mais cela untilise que du baguage de terminale donc comme je le dis c est possible mais long et penible

Posté par
cqfd67
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 19:31

tu appelles f(x)=lim un(x)
et tu l'appelle apres exp

Posté par
Nightmare
re : Question de cours à démontrer: équation différentielle 30-05-05 à 19:32

Ah oui otto , je viens de comprendre ce que tu voulais me dire , je suis long à la détente , je pensais que l'exponentielle avait déja été étudiée , pas que l'exercice était pour l'introduire


Jord



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