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Leçon 6S2 · S4 · S2A · S5

Seconds membres variés, avec une indication

Vidéo 6 : Seconds membres variés, avec une indication · 3 min 42 s · sous-titres en français

Le cours écrit

Le programme S2-S4 demande de savoir résoudre les équations du premier et du second ordre avec second membre, et précise : « on donnera toujours une indication pour la détermination d'une solution particulière ». La méthode est toujours la même : on remplace la forme indiquée dans l'équation, puis on identifie les coefficients.

6.1 Second membre polynôme ou exponentielle

Exemple 19. Résoudre y′′−3y′+2y=2x−1y'' - 3y' + 2y = 2x - 1, en cherchant une solution particulière affine.

Pour yp=mx+py_p = mx + p : yp′=my_p' = m et yp′′=0y_p'' = 0, donc yp′′−3yp′+2yp=2mx+(2p−3m)y_p'' - 3y_p' + 2y_p = 2mx + (2p - 3m). Par identification avec 2x−12x - 1 : 2m=22m = 2 et 2p−3m=−12p - 3m = -1, donc m=1m = 1, p=1p = 1 et yp(x)=x+1y_p(x) = x + 1. Avec l'exemple 9, les solutions sont y=λex+μe2x+x+1y = \lambda e^{x} + \mu e^{2x} + x + 1.

Exemple 20. Résoudre y′′−4y=3exy'' - 4y = 3e^{x}, en cherchant une solution particulière de la forme aexae^{x}.

Pour yp=aexy_p = ae^{x} : yp′′−4yp=aex−4aex=−3aexy_p'' - 4y_p = ae^{x} - 4ae^{x} = -3ae^{x}. On veut −3a=3-3a = 3, donc a=−1a = -1 et yp(x)=−exy_p(x) = -e^{x}. Avec l'exemple 11, les solutions sont y=λe2x+μe−2x−exy = \lambda e^{2x} + \mu e^{-2x} - e^{x}.

6.2 Quand l'indication contient un facteur xx

Exemple 21. Résoudre y′′−4y=4e2xy'' - 4y = 4e^{2x}.

On essaie ae2xae^{2x} : 4ae2x−4ae2x=04ae^{2x} - 4ae^{2x} = 0, quel que soit aa. Cette forme ne peut pas convenir, car e2xe^{2x} est déjà solution de l'équation homogène. L'énoncé indique alors une autre forme : yp=axe2xy_p = axe^{2x}. yp′=a(1+2x)e2xy_p' = a(1 + 2x)e^{2x} et yp′′=a(4+4x)e2xy_p'' = a(4 + 4x)e^{2x}, donc yp′′−4yp=4ae2xy_p'' - 4y_p = 4ae^{2x}. On veut 4a=44a = 4 : a=1a = 1 et yp(x)=xe2xy_p(x) = xe^{2x}. Solutions : y=λe2x+μe−2x+xe2xy = \lambda e^{2x} + \mu e^{-2x} + xe^{2x}.

Exemple 22 (premier ordre). Résoudre y′+2y=e−2xy' + 2y = e^{-2x}, en cherchant une solution particulière de la forme axe−2xaxe^{-2x}.

yp′=a(1−2x)e−2xy_p' = a(1 - 2x)e^{-2x}, donc yp′+2yp=ae−2xy_p' + 2y_p = ae^{-2x}. On veut a=1a = 1 : yp(x)=xe−2xy_p(x) = xe^{-2x}. Solutions : y=λe−2x+xe−2x=(x+λ) e−2xy = \lambda e^{-2x} + xe^{-2x} = (x + \lambda)\,e^{-2x}.

À retenir. L'indication de l'énoncé est faite pour être suivie : on n'a pas à deviner la forme. Si une forme « naturelle » donne 0=0 = second membre, c'est qu'elle est solution de l'équation homogène ; l'énoncé propose alors une forme multipliée par xx.

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Exercice 11

  • Exercice 11 : suivre l'indication

Exercices du chapitre (PDF, 506 Ko)

Corrigés

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Corrigés du chapitre (PDF, 665 Ko)

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