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equ2_017a.tex

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\exo {Le second membre est constant}
 
On considère l'équation différentielle
$$
   y'' - 4y' + 3y = 3.
\leqno
   (E)
$$
 
\itemitemalphnum Résoudre l'équation différentielle
$$
   y'' - 4y' + 3y = 0.
\leqno
   (E_0)
$$
 
\itemitemalph Déterminer le nombre réel $a$ tel que la fonction $g$
définie sur $\rset $ par $g (x) = a$ soit une solution particulière de
$(E)$.
 
\itemitemalph En déduire la solution générale de $(E)$.
 
\itemnum Déterminer la solution particulière de $(E)$ vérifiant les
2~conditions~:
$$
   f (0) = -1
      \qquad {\rm et} \qquad
   f' (0) = 2.
$$
 
\finexo
 
\corrige {}
 
\alphnum \ L'équation caractéristique associée à l'équation sans
second membre $(E_0)$ est
$$
   r^2 - 4r + 3 = 0.
$$
Cette dernière équation admettant les 2~solutions réelles $r_1 = 3$ et
$r_2 = 1$, on en déduit que la solution générale de $(E_0)$ est la
fonction $y$ définie par
$$
   \dresultat {y (x) = A e^{3x} + B e^x}
      \qquad 
   \hbox {où $A$ et $B$ contantes réelles quelconques}
$$
 
\alph \ Cherchons une solution particulière de $(E)$ sous la forme
      d'une fonction constante $g$ définie pour tout réel $x$ par $g
      (x) = a$, où $a$ est une constante réelle à déterminer. On a
      alors $g' (x) = g '' (x) = 0$ pour tout $x$. Or l'hypothèse \og
      $g$ solution de $(E)$\fg \ impose la condition 
$$
   g'' - 4g' + 3g = 3
      \qquad {\rm soit} \qquad
   3a = 3
$$
On en déduit que la fonction constante $g$ définie pour tout réel $x$
par \dresultat {g (x) = 1} est une solution particulière de l'équation $(E)$.
 
\alph \ Pour obtenir la solution générale de $(E)$, il suffit
d'additionner la solution générale de $(E_0)$ à une solution
particulière de $(E)$. On en déduit la solution générale de $(E)$~:
$$
   \dresultat {y (x) = 1 + Ae^{3x} + B e^x}
      \qquad 
   \hbox {où $A$ et $B$ constantes réelles quelconques}
$$
 
\num \ Si $f$ est une solution de $(E)$, on aura donc
$
   f' (x) = 3Ae^{3x} + B e^x
$, et les conditions initiales $f (0) = -1$ et $f' (0) = 2$ vont alors
   imposer les relations
$$
   1+A+B = -1
      \qquad {\rm et} \qquad
   3A + B = 2.
$$
De ces relations, on déduit $(A, B) = (2, -4)$. D'où la seule solution
de $(E)$ vérifiant les 2~conditions initiales~:
$$
   \dresultat {f (x) = 1 + 2e^{3x} - 4e^x}
$$
 
 
\fincorrige