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