mathématiques MPSI · Chapitre 4 · Application directe du cours
Résoudre y'' - 3y' + 2y = e³ˣ, puis y'' - 3y' + 2y = eˣ (attention : 1…
Calcul différentiel et intégral · G. Équations différentielles du second ordre · niveau 2
Énoncé
Résoudre , puis (attention : est racine de l'équation caractéristique).
Corrigé
Stratégie : solution générale solution générale de l'homogène une solution particulière. Pour un second membre , on cherche — sauf si est racine de l'équation caractéristique, auquel cas on cherche .
L'équation homogène, commune aux deux. L'équation caractéristique a pour discriminant et pour racines , . D'où
a) Second membre : n'est pas racine. Cherchons : L'identification donne , d'où (Le coefficient obtenu n'est pas un hasard : c'est , où est le polynôme caractéristique. La règle générale est — visiblement inutilisable si .)
b) Second membre : est racine. L'essai donne aucune valeur de ne convient.
⚠️ Le point délicat, et il n'est pas un accident de calcul. Si ne peut jamais produire , c'est que est solution de l'équation homogène : l'opérateur l'annule identiquement. Il faut donc sortir de l'espace des solutions homogènes, et le cours prescrit de multiplier par . Le degré du facteur vient de ce que est racine simple ; pour une racine double il faudrait .
Cherchons donc . Alors L'identification donne :
Contrôle. Prenons et : , . En : ✓. En : ✓. Pour a), avec en : ✓.
Ce que l'exercice installe. Le tableau des seconds membres exponentiels tient en une phrase : on cherche , où est la multiplicité de comme racine de l'équation caractéristique ( si n'est pas racine). Le cas porte un nom en physique : la résonance — c'est exactement le phénomène du n° 13, où le second membre cachait , racine de , et où la solution grandissait en .
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