Équations différentielles linéaires









Fiche exercices (avec corrigés) - Equations différentielles

Fiche exercices (avec corrigés) - Equations différentielles. Exercice 1. Donner l'ensemble des solutions des équations différentielles suivantes :.
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CALCUL DIFFÉRENTIEL ET ÉQUATIONS DIFFÉRENTIELLES

CALCUL DIFFÉRENTIEL. ET ÉQUATIONS. DIFFÉRENTIELLES. Cours et exercices corrigés. Sylvie Benzoni-Gavage. Professeur à l'université Lyon 1 
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Équations différentielles

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Équations différentielles ordinaires

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Rappels de Mathématiques ISTIL 1ère année Corrigé

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Vibrations et Ondes F Cours et Exercices Corriges Partie I Vibrations





Équations différentielles linéaires

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Polycopié d'exercices et examens résolus: Mécanique du point

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MecDuPointMat Polycop Ex


208795 Équations différentielles linéaires

UNIVERSITÉ PARIS OUEST NANTERRE LA DÉFENSE

U.F.R. SEGMI Année universitaire 2018 - 2019

Licence d"économie Cours de M. Desgraupes

MATHÉMATIQUES DES SYSTÈMES DYNAMIQUES

Corrigé du TD "Équations différentielles"Équations différentielles linéaires Corrigé ex. 30: Équations d"ordre 1 à coefficients constants

Équationy02y= 7

Solution particulière :

v(t) =72

Solution de l"équation homogène :

w(t) =C e2t

Solution de l"équation générale :

y(t) =v(t) +w(t) =C e2t72 Solution de l"équation générale avecy(0) = 5: y(t) =172 e2t72

Équation2y0+ 3y= 3t

Solution particulière :

v(t) =t23

Solution de l"équation homogène :

w(t) =C e32 t

Solution de l"équation générale :

y(t) =v(t) +w(t) =C e32 t+t23 Solution de l"équation générale avecy(0) =13 y(t) =e32 t+t23 1

Équationy03y= 2e3t+ 1

Solution particulière :

v(t) =13 (e3t+ 1)

Solution de l"équation homogène :

w(t) =C e3t

Solution de l"équation générale :

y(t) =v(t) +w(t) =C e3t13 (e3t+ 1) Solution de l"équation générale avecy(0) = 0: y(t) =23 e3t13 (e3t+ 1)Équationmy0y=e2t

On commence par supposer quem6=12

Solution particulière :

v(t) =e2t2m1

Solution de l"équation homogène :

w(t) =C et=m

Solution de l"équation générale :

y(t) =v(t) +w(t) =C et=m+e2t2m1 Solution de l"équation générale avecy(0) = 0: y(t) =e2tet=m2m1Dans le cas oùm=12 , on trouve la solution particulièrev(t) = 2te2t. On a alors : y(t) =v(t) +w(t) = (2t+C)e2t Avec la condition initialey(0) = 0, la solution est finalementy(t) = 2te2t. 2 Corrigé ex. 31: Équations d"ordre 1 à coefficients variables Résoudre les équations différentielles à coefficients variables suivantes :

Équationy02ty= 4t

Solution particulière :

v(t) =2

Solution de l"équation homogène :

w(t) =C et2

Solution de l"équation générale :

y(t) =v(t) +w(t) =C et22

Équationty0my=t

Solution particulière :

v(t) =tm lorsquem6=. Dans le cas particulier oùm=, on obtienty= tlogt.

Solution de l"équation homogène :

w(t) =C tm Solution de l"équation générale (lorsquem6=) : y(t) =v(t) +w(t) =tm+C tm

Dans le cas oùm=, on ay(t) =t(logt+C).

Équation(t21)y0t1y=m

Solution particulière :

v(t) =mt L"équation homogène se décompose sous la forme w 0w =1t(t21)=1t +12

1t1+12

1t+ 1

On en déduit que

(logjwj)0= logjtj+12 logjt1j+12 logjt+ 1j 0 logpjt21jjtj! 0 Finalement la solution de l"équation homogène est (en supposant quet6= 0) : w(t) =Cpjt21jt 3

Solution de l"équation générale :

y(t) =v(t) +w(t) =Cpjt21jt mt Corrigé ex. 32: Équations d"ordre 2 à coefficients constants Dans toutes les équations qui suivent, on utilise les mêmes conditions initiales y(0) =y0(0) =1.

Équationy00+ 3y0+ 2y=tet

Solution particulière :

v(t) =12 (t22t)et

Solution de l"équation homogène :

w(t) =et+e2t Solution de l"équation complète avec les conditions initiales : y(t) =12 (t22t4)et+e2tÉquationy004y= 10

Solution particulière :

v(t) =52

Solution de l"équation homogène :

w(t) =e2t+e2t Solution de l"équation complète avec les conditions initiales : y(t) =e2t+12 e2t52

Équationy006y0+ 9y=2e3t

Solution particulière :

v(t) =t2e3t

Solution de l"équation homogène :

w(t) = (t+)e3t Solution de l"équation complète avec les conditions initiales : y(t) = (t2+ 2t1)e3tÉquationy00+ 2y0+ 5y=et+ sin(2t) 4

Solution particulière :

v(t) =sin(2t)4 cos(2t)17 +et4

Solution de l"équation homogène :

w(t) =etsin(2t) +cos(2t) Solution de l"équation complète avec les conditions initiales : y(t) =et64 sin(2t)69 cos(2t)68 +sin(2t)4 cos(2t)17 +et4

Équation8y004y0+ 3y=3et

Solution particulière :

v(t) =15 et

Solution de l"équation homogène :

w(t) =et4 sinp5t4 +cosp5t4 Solution de l"équation complète avec les conditions initiales : y(t) =45 et4 cosp5t4 +p5 sin p5t4 15 etCorrigé ex. 33: Équation dépendant d"un paramètre (E)y00+ 4y0+my=e2t

33-1) L"équation homogène associée(H)est :

(H)w00+ 4w0+mw= 0

Le discriminant est :

0= 4m

1-a) La forme dew(t)dépend du signe du discriminant.

Sim <4alors0>0et on a deux racines réelles distinctesr1etr2. La solution de(H)s"écrit : w(t) =k1er1t+k2er2t Sim= 4alors0= 0et on a une racine réelle doubler. La solution de(H) s"écrit : w(t) = (k1t+k2)ert Sim >4alors0<0et on a deux racines complexes conjuguées qu"on écrit sous forme algébriquez=+i. La solution de(H)s"écrit : w(t) =etk1cos(t) +k2sin(t) 5

1-b) La condition nécessaire et suffisante pour que toutes les fonctionsw(t)

tendent vers 0 lorsquet!+1est donnée par les conditions de stabilité. Résultat de cours :si l"équation est notéew00+aw0+bw= 0, les conditions de stabilité s"expriment par les relations suivantes a >0 b >0Dans le cas présent, cela se ramène àm >0. 33-2)

2-a) La valeur d"équilibre est une solution particulière de(E). On cherche a

prioriv(t) =C e2t. On en déduit quev0(t) =2C e2tetv00(t) = 4C e2t. D"où, en remplaçant dans l"équation(E):

4C e2t+ 4(2C e2t) +mC e2t=e2t

On en tireC=1m4lorsquem6= 4.

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Corrigé du TD "Équations différentielles"Équations différentielles linéaires Corrigé ex. 30: Équations d"ordre 1 à coefficients constants

Équationy02y= 7

Solution particulière :

v(t) =72

Solution de l"équation homogène :

w(t) =C e2t

Solution de l"équation générale :

y(t) =v(t) +w(t) =C e2t72 Solution de l"équation générale avecy(0) = 5: y(t) =172 e2t72

Équation2y0+ 3y= 3t

Solution particulière :

v(t) =t23

Solution de l"équation homogène :

w(t) =C e32 t

Solution de l"équation générale :

y(t) =v(t) +w(t) =C e32 t+t23 Solution de l"équation générale avecy(0) =13 y(t) =e32 t+t23 1

Équationy03y= 2e3t+ 1

Solution particulière :

v(t) =13 (e3t+ 1)

Solution de l"équation homogène :

w(t) =C e3t

Solution de l"équation générale :

y(t) =v(t) +w(t) =C e3t13 (e3t+ 1) Solution de l"équation générale avecy(0) = 0: y(t) =23 e3t13 (e3t+ 1)Équationmy0y=e2t

On commence par supposer quem6=12

Solution particulière :

v(t) =e2t2m1

Solution de l"équation homogène :

w(t) =C et=m

Solution de l"équation générale :

y(t) =v(t) +w(t) =C et=m+e2t2m1 Solution de l"équation générale avecy(0) = 0: y(t) =e2tet=m2m1Dans le cas oùm=12 , on trouve la solution particulièrev(t) = 2te2t. On a alors : y(t) =v(t) +w(t) = (2t+C)e2t Avec la condition initialey(0) = 0, la solution est finalementy(t) = 2te2t. 2 Corrigé ex. 31: Équations d"ordre 1 à coefficients variables Résoudre les équations différentielles à coefficients variables suivantes :

Équationy02ty= 4t

Solution particulière :

v(t) =2

Solution de l"équation homogène :

w(t) =C et2

Solution de l"équation générale :

y(t) =v(t) +w(t) =C et22

Équationty0my=t

Solution particulière :

v(t) =tm lorsquem6=. Dans le cas particulier oùm=, on obtienty= tlogt.

Solution de l"équation homogène :

w(t) =C tm Solution de l"équation générale (lorsquem6=) : y(t) =v(t) +w(t) =tm+C tm

Dans le cas oùm=, on ay(t) =t(logt+C).

Équation(t21)y0t1y=m

Solution particulière :

v(t) =mt L"équation homogène se décompose sous la forme w 0w =1t(t21)=1t +12

1t1+12

1t+ 1

On en déduit que

(logjwj)0= logjtj+12 logjt1j+12 logjt+ 1j 0 logpjt21jjtj! 0 Finalement la solution de l"équation homogène est (en supposant quet6= 0) : w(t) =Cpjt21jt 3

Solution de l"équation générale :

y(t) =v(t) +w(t) =Cpjt21jt mt Corrigé ex. 32: Équations d"ordre 2 à coefficients constants Dans toutes les équations qui suivent, on utilise les mêmes conditions initiales y(0) =y0(0) =1.

Équationy00+ 3y0+ 2y=tet

Solution particulière :

v(t) =12 (t22t)et

Solution de l"équation homogène :

w(t) =et+e2t Solution de l"équation complète avec les conditions initiales : y(t) =12 (t22t4)et+e2tÉquationy004y= 10

Solution particulière :

v(t) =52

Solution de l"équation homogène :

w(t) =e2t+e2t Solution de l"équation complète avec les conditions initiales : y(t) =e2t+12 e2t52

Équationy006y0+ 9y=2e3t

Solution particulière :

v(t) =t2e3t

Solution de l"équation homogène :

w(t) = (t+)e3t Solution de l"équation complète avec les conditions initiales : y(t) = (t2+ 2t1)e3tÉquationy00+ 2y0+ 5y=et+ sin(2t) 4

Solution particulière :

v(t) =sin(2t)4 cos(2t)17 +et4

Solution de l"équation homogène :

w(t) =etsin(2t) +cos(2t) Solution de l"équation complète avec les conditions initiales : y(t) =et64 sin(2t)69 cos(2t)68 +sin(2t)4 cos(2t)17 +et4

Équation8y004y0+ 3y=3et

Solution particulière :

v(t) =15 et

Solution de l"équation homogène :

w(t) =et4 sinp5t4 +cosp5t4 Solution de l"équation complète avec les conditions initiales : y(t) =45 et4 cosp5t4 +p5 sin p5t4 15 etCorrigé ex. 33: Équation dépendant d"un paramètre (E)y00+ 4y0+my=e2t

33-1) L"équation homogène associée(H)est :

(H)w00+ 4w0+mw= 0

Le discriminant est :

0= 4m

1-a) La forme dew(t)dépend du signe du discriminant.

Sim <4alors0>0et on a deux racines réelles distinctesr1etr2. La solution de(H)s"écrit : w(t) =k1er1t+k2er2t Sim= 4alors0= 0et on a une racine réelle doubler. La solution de(H) s"écrit : w(t) = (k1t+k2)ert Sim >4alors0<0et on a deux racines complexes conjuguées qu"on écrit sous forme algébriquez=+i. La solution de(H)s"écrit : w(t) =etk1cos(t) +k2sin(t) 5

1-b) La condition nécessaire et suffisante pour que toutes les fonctionsw(t)

tendent vers 0 lorsquet!+1est donnée par les conditions de stabilité. Résultat de cours :si l"équation est notéew00+aw0+bw= 0, les conditions de stabilité s"expriment par les relations suivantes a >0 b >0Dans le cas présent, cela se ramène àm >0. 33-2)

2-a) La valeur d"équilibre est une solution particulière de(E). On cherche a

prioriv(t) =C e2t. On en déduit quev0(t) =2C e2tetv00(t) = 4C e2t. D"où, en remplaçant dans l"équation(E):

4C e2t+ 4(2C e2t) +mC e2t=e2t

On en tireC=1m4lorsquem6= 4.