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Maths complémentaires — Analyse

Équations différentielles

Équations y' = ay, y' = ay + b, solutions, modélisation de phénomènes d'évolution

Résumé synthétiqueFiche en 5 sectionsQuiz de 10 questionsGratuit, sans pub

Cours de Maths complémentaires. Même notion dans une autre matière : Équations différentielles et primitives — spé Maths

Résumé

Une équation différentielle a pour inconnue une fonction et fait intervenir ses dérivées. La plus simple, $y' = ay$, a pour solutions $y(t) = C\,e^{\,at}$ : croissance exponentielle si $a > 0$, décroissance si $a < 0$. L'équation $y' = ay + b$ ajoute un terme constant ; ses solutions sont $y(t) = C\,e^{\,at} - \dfrac{b}{a}$, où $-\dfrac{b}{a}$ est l'état d'équilibre. La constante $C$ se fixe avec la condition initiale $y(0) = y_0$. Ces équations modélisent une foule de phénomènes d'évolution : décroissance radioactive ($N' = -\lambda N$), refroidissement de Newton ($T' = -k(T - T_e)$), circuits RC, croissance limitée. Exemple : un corps chaud se refroidit selon $T(t) = (T_0 - T_e)\,e^{\,-kt} + T_e$, et sa température tend vers $T_e$.

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Questions fréquentes

Les points clés à retenir sur Équations différentielles, extraits du quiz de révision.

Les solutions de $y' = 3y$ sont :
Réponse :
$y = C\,e^{\,3t}$
L'équation $y' = ay$ a pour solutions $y(t) = C\,e^{\,at}$. Ici $a = 3$, donc $y = C\,e^{\,3t}$.
Si $y' = -2y$ et $y(0) = 5$, alors $y(t) = $ ?
Réponse :
$5\,e^{\,-2t}$
Solution générale $y = C\,e^{\,-2t}$ ; condition initiale $C = y(0) = 5$. Donc $y(t) = 5\,e^{\,-2t}$.
La solution particulière constante de $y' = -4y + 12$ est :
Réponse :
$y = 3$
$y_p = -\dfrac{b}{a} = -\dfrac{12}{-4} = 3$. Vérification : $y' = 0 = -4 \times 3 + 12$.
L'équation $y' = -0{,}1y + 5$ avec $y(0) = 100$ a pour solution :
Réponse :
$y(t) = 50\,e^{\,-0{,}1t} + 50$
$y_p = -\dfrac{5}{-0{,}1} = 50$, donc $y(t) = C\,e^{\,-0{,}1t} + 50$. $y(0) = C + 50 = 100$ donne $C = 50$.