diff --git a/04_edo.md b/04_edo.md index 3606bf93283c2562eea66b5f6c1a7c2a3002b5b6..cef10024c3aa3d9bb57ca9c44d47dd1fd8670ea5 100644 --- a/04_edo.md +++ b/04_edo.md @@ -37,13 +37,17 @@ $$x(t_0)=x_0=v\cdot t_0+B \Leftrightarrow B=x_0-v\cdot t_0.$$ Finalement, la solution du problème différentiel est donnée par $$x(t)=v\cdot (t-t_0)+x_0.$$ -#### Remarque {-} +--- + +Remarque # La solution de l’équation différentielle $$x'(t)=v,\ x(t_0)=x_0,$$ revient à calculer $$\begin{aligned} \int x'(t){\mathrm{d}}t=\int v {\mathrm{d}}t,\\ x(t)=v\cdot t + B.\end{aligned}$$ +--- + ### Mouvement rectiligne uniformément accéléré Dans le cas du mouvement rectiligne d’un objet dont on le connaît que @@ -77,7 +81,9 @@ $$x(t_0)=x_0=\frac{a}{2}\cdot t_0^2+D \Leftrightarrow D=x_0-\frac{a}{2}\cdot t_0 Finalement la solution est donnée par $$x(t)=\frac{a}{2}\cdot (t^2-t_0^2)+v_0\cdot (t-t_0)+x_0.$$ -#### Remarque {-} +--- + +Remarque # La solution du problème différentiel peut également se calculer de la façon suivante $$x''(t)=a,\ x(t_0)=x_0,\ v(t_0)=v_0.$$ revient à @@ -85,6 +91,8 @@ calculer $$\begin{aligned} \int \int x''=\int \int a,\\ x(t)=\frac{a}{2}t^2+C\cdot t + D.\end{aligned}$$ +--- + ### Évolution d’une population Imaginons une colonie de bactéries dont nous connaissons le taux de @@ -257,7 +265,9 @@ ans.](figs/interets.svg){#fig:interets width="50.00000%"} Définitions et théorèmes principaux ----------------------------------- -#### Définition (Équation différentielle ordinaire) {-} +--- + +Définition (Équation différentielle ordinaire) # Soit $y$ une fonction dérivable $n$ fois et dépendant d’une seule variable. Une **équation différentielle ordinaire** est un équation de @@ -267,7 +277,9 @@ $n$-ème de $y$. --- -#### Illustration {-} +--- + +Illustration # L’équation suivante est une équation différentielle ordinaire $$y''+4y'+8y+3x^2+9=0.$$ @@ -281,24 +293,36 @@ différentielle. Afin de classifier les équation différentielles, considérons les définitions suivantes -#### Définition (Ordre) {-} +--- + +Définition (Ordre) # L’ordre d’une équation différentielle est l’ordre le plus haut des dérivées de $y$ qui y apparaissent. L’ordre de l’équation différentielle $F(x,y,y',y'',...,y^{(n)})=0$ est de $n$, si $n\neq 0$. -#### Illustration {-} +--- + +--- + +Illustration # L’équation différentielle suivante est d’ordre $3$ $$4y'''+x\cdot y'+4y+6x=0.$$ -#### Définition (Condition initiale) {-} +--- + +--- + +Définition (Condition initiale) # Une condition initiale pour une équation différentielle d’ordre $n$, est un ensemble de valeurs, $y_0$, $y_1$, ..., $y_{n-1}$ donnée telles que pour une valeur $x_0$ donnée on a $$y(x_0)=y_0,\ y'(x_0)=y_1,\ ...,\ y^{(n-1)}(x_0)=y_{n-1}.$$ +--- + Nous souhaitons maintenant savoir sous quelles conditions une équation différentielle admet une solution et si elle est unique. Nous n’allons pas vraiment écrire ni démontrer le théorème d’existence et d’unicité @@ -307,7 +331,7 @@ version approximative et la discuter --- -#### Théorème (Existence et unicité) {-} +Théorème (Existence et unicité) # Soit $D\subseteq{\real}$ le domaine de définition de la fonction $y$. Soit $y:D\rightarrow E\subseteq {\real}$ une fonction à valeur @@ -345,7 +369,7 @@ peu les équations différentielles en fonction des propriétés de $F$. --- -#### Définition (Linéarité) {-} +Définition (Linéarité) # Une équation différentielle ordinaire d’ordre $n$ est dite linéaire si on peut l’écrire sous la forme @@ -362,19 +386,29 @@ L’équation ci-dessus a les propriétés suivantes 2. Les $y$ et toutes leur dérivées ont un degré polynomial de 1. -#### Illustration {-} +--- + +Illustration # L’équation suivante est linéaire $$y''+4x\cdot y'=e^x.$$ L’équation suivante n’est pas linéaire $$y\cdot y''+4x\cdot y'=e^x.$$ -#### Définition (Homogénéité) {-} +--- + +--- + +Définition (Homogénéité) # Une équation différentielle ordinaire est dite homogène si le terme dépendant uniquement de $x$ est nul. Dans le cas où nous avons à faire à une équation différentielle linéaire, cela revient à dire que $b(x)=0$. -#### Illustration (Homogénéité) {-} +--- + +--- + +Illustration (Homogénéité) # Les équations suivantes sont homogènes $$\begin{aligned} &y''+4x\cdot y\cdot y'+3x^2\cdot y^3=0,\\ @@ -387,7 +421,9 @@ $$\begin{aligned} --- -#### Exercice (Homogénéité) {-} +--- + +Exercice (Homogénéité) # Pour chacune de ces équations différentielles ordinaires donner tous les qualificatifs possibles. Si l’équation est inhomogène @@ -425,7 +461,7 @@ un certain nombre. --- -#### Définition (Équations à variable séparables) {-} +Définition (Équations à variable séparables) # On dit qu’une équation différentielle d’ordre 1 est à variables séparables, si elle peut s’écrire sous la forme suivante @@ -435,7 +471,7 @@ $$y' a(y)=b(x).$$ --- -#### Illustration {-} +Illustration # L’équation suivante est à variables séparables $$e^{x^2+y^2(x)}y'(x)=1.$$ @@ -455,11 +491,11 @@ $a(y)=1$ et il vient $$y=\int b(x){\mathrm{d}}x.$$ --- -#### Exemple {-} +Exemple # Résoudre l’équation différentielle suivante $$n'(t)=r\cdot n(t).$$ -#### Solution {-} +Solution # En écrivant $n'={\mathrm{d}}n /{\mathrm{d}}t$, on réécrit l’équation @@ -474,7 +510,7 @@ n(t)&=e^{r\cdot t+C}=A\cdot e^{r\cdot t},\end{aligned}$$ où $A=e^C$. --- -#### Exercice {-} +Exercice # 1. Résoudre l’équation différentielle suivante $$c'(t)=rc(t)+d.$$ @@ -526,12 +562,14 @@ Finalement, on a que la solution de l’équation générale de l’équation inhomogène est $$y=y_p+y_h=\left(\int \frac{b(x)}{e^{\int a(x){\mathrm{d}}x}}{\mathrm{d}}x+C\right)e^{\int a(x){\mathrm{d}}x}.$$ -#### Exemple {-} +--- + +Exemple # Résoudre l’équation suivante $$U_C'(t)+\frac{U_C(t)}{RC}=\frac{U}{RC}.$${#eq:rc_inhom} -#### Solution {-} +Solution # On commence par résoudre l’équation homogène @@ -546,14 +584,20 @@ $$U_c(t)=\left(U e^{\frac{1}{RC} t}+D+A\right)e^{-\frac{1}{RC}t}=U+(D+A)e^{-\fra où $C=D+A$. Pour le cas de la charge du condensateur, on a de plus $U_c(0)=0$. On peut donc fixer la constante $C=-U$. +--- + Résoudre les équations différentielles suivantes -#### Exercice {-} +--- + +Exercice # 1. $$y'+2y=t^2$$ 2. $$y'+y=\frac{1}{1+e^t}.$$ +--- + ### Équations de Bernoulli Il existe des équations particulières qui peuvent se ramener à des @@ -574,11 +618,11 @@ de la méthode de la section @sec:eq_lin. --- -#### Exemple {-} +Exemple # Résoudre l’équation de Bernoulli suivante $$y'-y-x\cdot y^6=0.$$ -#### Solution {-} +Solution # Avec la substitution $z=y^5$, on obtient $$z'-5z+5x=0.$$ Cette équation se @@ -614,7 +658,7 @@ la résoudre. -- -#### Exercice {-} +Exercice # Résoudre l’équation de Riccati suivante $$y'+y^2-\frac{2}{x^2}=0.$$ Indication: la solution particulière a la forme $y=\frac{a}{x}$, avec @@ -660,7 +704,7 @@ l’équation différentielle. --- -#### Propriétés {-} +Propriétés # Ces propriétés (qui caractérisent le mot "linéaires") sont à démontrer en exercice.