Équations différentielles

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Résolution de l’équation différentielle y′ = ay où a est une constante réelle

Les solutions de l’équation différentielle y = ay ou dydx = ay sont les fonctions définies sur ℝ par :

x ↦ keax, où k est une constante réelle quelconque.

L’équation différentielle y = ay ou dydx = ay admet une solution f, et une seule, définie sur ℝ, vérifiant la condition initiale f(x0) = y0, où x0 et y0 sont donnés.

Exemple

On considère l’équation différentielle (E) : y=34y, dans laquelle y est une fonction de la variable réelle x définie et dérivable sur ℝ et y′ la fonction dérivée de y.

• Toutes les solutions de (E) sont donc définies sur ℝ par : f(x)=ke34x, où k est une constante réelle quelconque.

• Déterminons la solution particulière f de (E) qui vérifie f′(0) = – 6.

Pour tout x de ℝ, f(x)=k34e34x.

(eu)′ = ueu.

f′(0) = 6 se traduit par : 34ke0=6 ; e0 = 1, donc 34k=6 ; k = 8.

La solution cherchée est définie sur ℝ par : f(x)=8e34x.

Résolution de l’équation différentielle y′ = ay + b où a et b sont des constantes

Les solutions de l’équation différentielle y’ = ay + b ou dydx = ay + b sont les fonctions définies sur ℝ par :

xkeaxba, où k est une constante réelle quelconque.

L’équation différentielle y′ = ay + b ou dydx = ay + b admet une solution f, et une seule, définie sur ℝ, vérifiant la condition initiale f(x0) = y0, où x0 et y0 sont donnés.

Exemple

La modélisation d’un phénomène physique conduit à l’équation différentielle (E) : 2y′ + y = 12, où y est une fonction de la variable réelle x, définie et dérivable sur ℝ et y′ est la fonction dérivée de y.

• L’équation différentielle (E) s’écrit : y=12y+14. C’est une équation de la forme y′ = ay + b, avec a=12 et b=14.

Les solutions sont donc définies sur ℝ par : xkeaxba=ke12x1412=ke12x+12, où k est une constante réelle quelconque.

• Déterminons la solution particulière ϕ de (E) qui vérifie ϕ(0) = 0.

ϕ(0) = 0 se traduit par :

ke0+12=0 ; k+12=0 ; k=12.

ϕ est définie par : φ(x)=12e12x+12.