Write equa diff du 1er ordre
This commit is contained in:
parent
32c2173809
commit
6ec9eead21
1 changed files with 61 additions and 29 deletions
|
@ -272,64 +272,96 @@
|
|||
\clearpage
|
||||
\section{Équations différentielles}
|
||||
|
||||
\subsection{Équation de type $y' + ay = f$}
|
||||
On étudie ici les équations différentielles \emph{linéaires} et à \emph{coefficients constants}.
|
||||
|
||||
Pour une équation de type $y' + ay = f$ ($f$ étant une fonction), la résolution se fait en 3 étapes.
|
||||
\subsection{Équations différentielles du 1er ordre}
|
||||
|
||||
\subsubsection{Solution homogène ($y_h$)}
|
||||
Elles sont de la forme $\textcolor{red}{ay' + by = h(x)} (E), a \neq 0, a, b \in \mathbb{R}$, ou $y = y(x)$ est la fonction recherchée.
|
||||
|
||||
On commence par résoudre l'équation homogène en enlevant la partie fonction ($f$).
|
||||
$(E)$ est linéaire car $y$ intervient de manière linéaire~: il n'y a pas de terme du type $y^3, y^2, \sin{y}$, etc\ldots
|
||||
|
||||
Résoudre une telle équation différentielle se fait en 3 étapes.
|
||||
|
||||
\subsubsection{Trouver la solution homogène ($y_0$)}
|
||||
|
||||
On commence par résoudre l'équation homogène (c'est à dire sans la fonction $h(x)$) associée~:
|
||||
|
||||
\begin{equation*}
|
||||
y' + ay = 0
|
||||
ay_0' + by_0 = 0 (E_0)
|
||||
\end{equation*}
|
||||
|
||||
Cela nous donne la première forme~: $y' = -ay$, dont on connaît la solution~:
|
||||
\begin{equation*}
|
||||
y_h = \lambda e^{-ax}, \lambda \in \mathbb{R}
|
||||
\end{equation*}
|
||||
Cela nous donne une équation caractéristique~:
|
||||
|
||||
\subsubsection{Solution particulière ($y_0$)}
|
||||
\begin{align*}
|
||||
ar_0 + b &= 0 \\
|
||||
r_0 &= -\frac{b}{a}
|
||||
\end{align*}
|
||||
|
||||
On essaie ensuite de trouve une solution particulière de l'équation de départ.
|
||||
Pour cela, on va passer par une fonction $y_0$ de même ordre que la fonction $f$~:
|
||||
La solution de $E_0$ est alors $\textcolor{red}{y_0 = \lambda e^{r_0 x}}, \lambda\in\mathbb{R}$.
|
||||
|
||||
\subsubsection{Trouver la solution particulière ($y_1$)}
|
||||
|
||||
On cherche maintenant une solution particulière de $(E)$ ($ay' + by = h(x)$).
|
||||
Pour cela, on va passer par une fonction $y_1$ de même type que la fonction $h(x)$~:
|
||||
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
|
||||
\item Pour $f$ polynôme, un polynôme de même ordre~:
|
||||
\item Pour $h(x) = P_n(x)$, polynôme de degré $n$
|
||||
|
||||
\begin{equation*}
|
||||
\textcolor{red}{y_1 = Q_n(x)} \text{, polynôme de même degré $n$}
|
||||
\end{equation*}
|
||||
|
||||
\begin{align*}
|
||||
x &\rightarrow ax +b \\
|
||||
x^2 &\rightarrow ax^2 + bx + c \\
|
||||
x^3 &\rightarrow ax^3 + bx^2 + cx + d \\
|
||||
x &\rightarrow Ax + B \\
|
||||
x^2 &\rightarrow Ax^2 + Bx + C \\
|
||||
x^3 &\rightarrow Ax^3 + Bx^2 + Cx + D \\
|
||||
\dots
|
||||
\end{align*}
|
||||
|
||||
\item Pour $f$ trigonométrique, $a\cos{x} + b\sin{x}$
|
||||
\item Pour $h(x) = P_n(x) e^{\lambda x}$
|
||||
|
||||
\item Pour $f$ exponentielle, $P(x)e^x$, avec $P$ de même ordre que le polynôme produit de $e$ dans $f$ si ce $e$ est différent de celui trouvé dans la solution homogène.
|
||||
Si l'exponentielle est identique, $P$ doit être de l'ordre du polynôme + 1.
|
||||
\begin{enumerate}
|
||||
|
||||
\item si $\lambda \neq r_0$~:
|
||||
|
||||
\begin{equation*}
|
||||
\textcolor{red}{y_1(x) = Q_n(x) e^{\lambda x}}
|
||||
\end{equation*}
|
||||
|
||||
\item si $\lambda = r_0$~:
|
||||
|
||||
\begin{equation*}
|
||||
\textcolor{red}{y_1(x) = x Q_n(x) e^{\lambda x}}
|
||||
\end{equation*}
|
||||
|
||||
\end{enumerate}
|
||||
|
||||
\item Pour $h(x) = \alpha\cos{px} + \beta\sin{px}$
|
||||
|
||||
\begin{equation*}
|
||||
\textcolor{red}{y_1(x) = A\cos{px} + B\sin{px}}
|
||||
\end{equation*}
|
||||
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
On applique alors l'équation de départ à $y_0$~:
|
||||
On applique alors l'équation de départ à $y_1$~:
|
||||
|
||||
\begin{equation*}
|
||||
y_0' + ay_0 = f
|
||||
Ay_1' + By_1 = h(x)
|
||||
\end{equation*}
|
||||
|
||||
Et on la résoud pour trouver $a, b, c, \dots$.
|
||||
Et on la résoud pour trouver $A, B, C, \dots$.
|
||||
|
||||
Cela nous donne $y_0$, solution particulière.
|
||||
Cela nous donne $y_1$, solution particulière.
|
||||
|
||||
\subsubsection{Solution générale ($y$)}
|
||||
\subsubsection{Trouver la solution générale ($y_g$)}
|
||||
|
||||
On applique maintenant la formule~:
|
||||
La solution générale de $(E)$ s'écrit~:
|
||||
|
||||
\begin{align*}
|
||||
y &= y_0 + y_h \\
|
||||
&= y_0 + \lambda e^{-ax}, \lambda \in \mathbb{R} \\
|
||||
\end{align*}
|
||||
\begin{equation*}
|
||||
y_g = y_0 + y_1
|
||||
\end{equation*}
|
||||
|
||||
\clearpage
|
||||
\section{Intégrales généralisées}
|
||||
|
|
Loading…
Reference in a new issue