[PDF] BTS 2 Equations différentielles du deuxième ordre Octobre 2014





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Exercice 2 :

On considère l"équation différentielle(E) :y??-2y?+y= 8ex.oùyest une fonction de la variable réellex, définie

et deux fois dérivable surR, y?la fonction dérivée deyety??sa fonction dérivée seconde.

1.Déterminer les solutions définies surRde l"équation différentielle(E0) :y??-2y?+y= 0.

2.Soithla fonction définie surRparh(x) = 4x2ex.

Démontrer que la fonctionhest une solution particulière de l"équation différentielle(E).

3.En déduire l"ensemble des solutions de l"équation différentielle(E).

4.Déterminer la solutionfde l"équation différentielle(E)qui vérifie les conditions initialesf(0) =-4etf?(0) =-4.

Exercice 3 :

Soit l"équation différentielle (E) :y"-4y?+ 20y= 0.

1.Résoudre cette équation différentielle.

2.Déterminer la solution particulière vérifianty(0) = 3ety?(0) = 6 + 12⎷

3.

Exercice 4 :

Soit l"équation différentielle (E) :y"-4y=-163e-2x.

1.Résoudre l"équation différentielle (E0) :y"-4y= 0.

2.Vérifier que la fonctiongdéfinie surRparg(x) =4

3x.e-2xest une solution particulière de l"équation différentielle

(E).

3.En déduire l"ensemble des solutions de l"équation différentielle (E).

4.Déterminer la solution particulièrehvérifianth(0) =4

3eth?(0) =-43.

Bernard GAULT Lycée Blaise Pascal Segré1

Corrigé

Exercice 1 :a.y"-6y?+ 8y= 0b.y"-6y?+ 9y= 0c.y" + 2y?+ 5y= 0 y"-6y?+ 8y= 0 L"équation caractéristique estx2-6x+ 8:Δ = 4doncx1= 2etx2= 4.

Les solutions définies surRde l"équation différentielle sont les fonctionsf(x) =λ.e2x+μ.e4x.

y"-6y?+ 9y= 0 L"équation caractéristique estx2-6x+ 9:Δ = 0doncx1=x2= 3.

Les solutions définies surRde l"équation différentielle sont les fonctionsf(x) = (λ.x+μ)e3x.

y" + 2y?+ 5y= 0 L"équation caractéristique estx2+ 2x+ 5:Δ =-16donc deux solutions complexes conjuguéesx1=-1-2i etx2=-1 + 2i .

Les solutions définies surRde l"équation différentielle sont les fonctionsf(x) = [λcos(2x) +μsin(2x)]e-x

Exercice 2 :

[y??-2y?+y= 8ex]

1.Déterminer les solutions définies surRde l"équation différentielle(E0) :y??-2y?+y= 0.

L"équation caractéristique estx2-2x+ 1:Δ = 0doncx1=x2= 1.

Les solutions définies surRde l"équation différentielle :(E0)y??-2y?+y= 0sont les fonctionsf(x) = (λ.x+μ)ex.

2.Soithla fonction définie surRparh(x) = 4x2ex.

Démontrer que la fonctionhest une solution particulière de l"équation différentielle(E). h(x) = 4x2exdonch?(x) = 8xex+ 4x2exeth??(x) = 8ex+ 8xex+ 8xex+ 4x2ex= 8ex+ 16xex+ 4x2ex. Alorsh??-2h?(x) +h(x) = 8ex+ 16xex+ 4x2ex-2(8xex+ 4x2ex) + 4x2ex= 8ex

3.En déduire l"ensemble des solutions de l"équation différentielle(E).

L"ensemble des solutions de l"équation différentielle(E)est formé des fonctionsf(x) = (λ.x+μ)ex+ 4x2ex.

4.Déterminer la solutionfde l"équation différentielle(E)qui vérifie les conditions initialesf(0) =-4etf?(0) =-4.

Exercice 3 :

Soit l"équation différentielle (E) :y"-4y?+ 20y= 0.

1.L"équation caractéristique estx2-4x+ 20:Δ =-64donc

deux solutions complexes conjuguéesx1= 2-4i etx2= 2 + 4i .

Les solutions définies surRde l"équation différentielle sont les fonctionsf(x) = [λcos(4x) +μsin(4x)]e2x

2.Déterminer la solution particulière vérifianty(0) = 3ety?(0) = 6+12⎷

3. On écrira cette dernière sous la forme

y(x) =A.e2x.sin(ω.x+φ). y(0) = 3?[λcos0 +μsin0]e0= 3?λ= 3. y ?(x) = [-4λsin(4x) + 4μcos(4x)]e2x+ [λcos(4x) +μsin(4x)](2e2x). y ?(0) = 6 + 12⎷

3?[-4λsin0 + 4μcos0]e0+ [λcos0 +μsin0](2e0) = 6 + 12⎷3?4μ+ 2λ= 6 + 12⎷3

Commeλ= 3, on trouve4μ+ 6 = 6 + 12⎷

3?4μ= 12⎷3d"ouμ= 3⎷3.

La solution esty(x) = [3cos(4x) + 3⎷

3sin(4x)]e2x.

Bernard GAULT Lycée Blaise Pascal Segré2

Corrigé

Exercice 4 :Soit l"équation différentielle (E) :y"-4y=-163e-2x.

1.Résoudre l"équation différentielle (E0) :y"-4y= 0.

L"équation caractéristique estx2+ 0x-4:Δ = 16doncx1=-2etx2= 2.

Les solutions définies surRde l"équation différentielle sont les fonctionsf(x) =λ.e-2x+μ.e2x.

2.Vérifier que la fonctiongdéfinie surRparg(x) =4

3xe-2xest une solution particulière de l"équation différentielle

(E). g(x) =4

3xe-2xdoncg?(x) =43e-2x+43x(-2e-2x)

g ??(x) =4

3(-2e-2x) +43(-2e-2x) +43x(4e-2x).

g ??(x)-4g(x) =4

3(-2e-2x) +43(-2e-2x) +43x(4e-2x)-4×43xe-2x=-163e-2x

Conclusion :g(x) =4

3xe-2xest bien une solution particulière de l"équation différentielle (E).

3.L "ensemble des solutions de l"équation différentielle (E) est donc formé des fonctionsf(x) =λe2x+μe2x+4

3xe-2x

4.Déterminer la solution particulièrehvérifianth(0) =4

3eth?(0) =-43.

Sih(x) =λe2x+μe-2x+4

3xe-2xalorsh(0) =43?λe0+μe0+ 0 =43doncλ+μ=43(E1).

h ?(x) = 2λe2x-2μe-2x+4

3e-2x+43x(-2e-2x)donch?(0) =-43?2λe0-2μe0+43e0+ 0 =-43.

On en déduit2λ-2μ=-8

3?λ-μ=-43(E2).

(E1) + (E1)donne2λ= 0d"oùλ= 0etμ=4 3.

Conclusion :h(x) =4

3(e-2x+xe-2x)

Bernard GAULT Lycée Blaise Pascal Segré3

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