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EDO Corrig

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Département de Mathématiques Année universitaire

Université d’Alger 1 2021-2022


L3 maths - semestre 1 EDO

Corrigé
24 septembre 2022 Durée : 1H 30

Exercice 1 [06 pts]

1. Soient l’équation y 0 (x) − tan(x)y(x) = sin(x), p(x) = − tan(x) et q(x) = sin(x). La solution
générale de l’équation homogène y 0 (x) − tan(x)y(x) = 0, p(x) = − tan(x) est
C C
y(x) = Ce−µ(x) = Ce− ln(cos(x)) = = ,
eln(cos(x)) cos(x)
sin(x)
car p(x) = − tan(x) = − cos(x) dont la primitive est µ(x) = ln | cos(x)| = ln(cos(x)) (on est sur
l’intervalle ] − π/2, π/2[ et donne cos(x) > 0).
On cherche une solution de la forme

y(x) = C(x)e−µ(x) ,

où C(x) est une primitive de sin xeµ(x) = sin x cos x, ainsi


Z Z
ln(cos x)
C(x) = sin xe = sin x cos x dx

donc
1
C(x) = sin2 |x| + C1 ,
2
La solution générale est

C sin2 (x) sin2 (x) + C1


y(x) = + = , C1 ∈ R.
cos(x) 2 cos(x) 2 cos(x)

2. Posons y = 2x−1 + v, alors on déduit que


0
y 0 = 2x−1 + v
2
= − 2x−1 + v + 2x−2

ainsi
−2x−2 + v 0 = − 4x−2 + 4x−1 v + v 2 + 2x−2 ,


d’où
4
v0 + v = −v 2 ,
x
cette dernière équation est de Bernoulli. On divise par −v 2 et on utilise changement de variable
z = v1 , ainsi z 0 = − v12 v 0 , on trouve

1 dv 4v
− − = 1,
v 2 dx x
cette équation est équivalente d l’équation linéaire
4
z0 − z = 1,
x
dont la solution générale est
x
z=− + Cx4 ,
3

1
ainsi
1 3
v= =−
− x3 + Cx4 x − 3Cx4
donc
2 3
y= − , C ∈ R.
x x − 3Cx4
3. L’équation caractéristique est
r3 + 3r2 − r − 3 = 0,
ainsi
(r − 1) r2 + 4r + 3 = 0,


puis
(r − 1)(r + 1)(r + 3) = 0.
Les racines caractéristiques sont

r1 = 1, r2 = −1, r3 = −3.

Les fonctions y1 (x) = ex , y2 (x) = e−x , y3 (x) = e−3x sont des solutions. Comme il s’agit de
fonctions exponentielles distinctes, les solutions forment un ensemble fondamental et

y(x) = C1 e4x + C2 e−x + C3 e−3x

est la solution générale de l’équation.

Exercice 2 [07 pts]


1. Soit y une solution du problème (1), alors
Zx Zx
f (s, y(s)) ds = y 0 (s) ds
x0 x0
= y(x) − y(x0 )
= y(x) − y0 ,

ainsi
Zx
y(x) = y0 + f (s, y(s)) ds.
x0

Inversement, en dérivant la dernière formule, on trouve

y 0 (x) = f (x, y(x)),

de plus y(x0 ) = y0 .
∂f 1
2. ∂y (x, y) = 2y − 3 n’est pas continue quand y = 0. Donc il n’y a pas de région contenant le point
(2, 0) où les fonctions f et ∂f
∂y sont continues. Comme les hypothèses du théorème ne sont pas
satisfaites, nous ne pouvons pas l’utiliser pour déterminer si le problème admet une solution
unique.

Exercice 3 [07 pts]

2
1. Calculons Yh , en utilisant la méthode de l’exponentielle de matrice. On a

∀x ∈ R : Yh (x) = exA C, avec C ∈ Rn .

Mais      
1 1 0 x 0 x
x xI2 + 
0 1 0 0 0 0
exA = e =e = ex e .
 
0 x
La matrice est une matrice triangulaire supérieure dont la diagonale est composée pas
0 0
des zéros alors elle est nilpotente. Comme
 2
0 x
= 02 ,
0 0

alors    
0 x 0 x
0 0
  
0 0 1 x
e = I2 + = ,
1! 0 1
ainsi  x
e xex

xA
e = ,
0 ex
d’où  x
e xex

∀x ∈ R, Yh (x) = C, avec C ∈ R2 .
0 ex
2. Calculons Yp , par la méthode de la variation de la constante. Cherchons une solution particulière
sous la forme
Yp (x) = exA C(x), ∀x ∈ R
avec C 0 (x) = e−xA B, pour tout x ∈ R.
Calculons tout d’abord e−xA . Puisque
 x
e xex

xA
e =
0 ex

pour tout x ∈ R, alors


e−x −xe−x
 
−xA
e = .
0 e−x
Ainsi,  −x
−xe−x
    −x 
0 e 1 e
C (x) = = ,
0 e−x 0 0
ceci implique que
Z 
e−x dx  −x
−e + c1

C(x) =  Z = , avec c1 , c2 ∈ R.
 
0 dx c2

Comme on s’intéresse à une solution particulière, on considère une seule fonction C, pour cela,
on prend par exemple c1 = c2 = 0. Ainsi,
 −x 
−e
C(x) = .
0

Ceci implique que  x   −x   


e xex −e −1
Yp (x) = = .
0 ex 0 0

3
3.
Ainsi
ex xex
   
−1
Y (x) = Yh (x) + Yp (x) = C+ , ∀x ∈ R, ∀C ∈ R2 .
0 ex 0

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