Une équation différentielle
Bonjour
J’avoue que cela fait plus de 25 ans que je n’ai pas touché aux équations différentielles, et après des recherches sur la toile, je n'arrive pas à voir comment résoudre l’équation suivante. $$
y^\prime = a \cdot e^{-b y} + c$$ où $a, b$ et $c$ sont des constantes.
Mais une approche analytique est-elle possible ? Ou faut-il passer par une approche numérique (fonction ODE sous Scilab/Matlab par exemple) ?
Toute piste est la bienvenue.
Merci.
Paul.
J’avoue que cela fait plus de 25 ans que je n’ai pas touché aux équations différentielles, et après des recherches sur la toile, je n'arrive pas à voir comment résoudre l’équation suivante. $$
y^\prime = a \cdot e^{-b y} + c$$ où $a, b$ et $c$ sont des constantes.
Mais une approche analytique est-elle possible ? Ou faut-il passer par une approche numérique (fonction ODE sous Scilab/Matlab par exemple) ?
Toute piste est la bienvenue.
Merci.
Paul.
Réponses
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Bonjour.
Il s'agit d'une équation à variables séparables. En la mettant sous la forme
$$\frac{y'}{ae^{by}+c}=1$$
puis en intégrant, on obtient x en fonction de y. Puis on calcule y en fonction de x.
Bien évidemment, on se méfiera des cas particuliers $a=0$ et $b=0$.
Bon travail ! -
Bonjour
Merci pour ce retour. La démarche suivante vous parait-elle saine (à la rigueur près) ?
Nous savons que $\quad\displaystyle \frac{y\{\,\prime}}{a \cdot e^{-b \cdot y} + c} = 1.$
En opérant un changement de variable tel que $\quad\displaystyle Y = e^{-b \cdot y}$ $$
Y^ \prime = -b \cdot y^{\,\prime} e^{-b \cdot y} = -b \cdot y^{\,\prime} Y
$$ Donc $\quad\displaystyle y^{\,\prime} = -\frac{1}{b} \frac{Y^\prime}{Y} = -\frac{1}{b \cdot Y} dY$
L’équation se réécrit $\quad\displaystyle \frac{1}{Y} \cdot \frac{1}{aY + c} dY = -b.$
Sachant que $\quad\displaystyle \frac{1}{Y} \cdot \frac{1}{aY + c} = \frac{1}{c} \left( \frac{1}{Y} - \frac{a}{aY+c} \right)$
Alors $\quad\displaystyle \left( \frac{1}{Y} - \frac{a}{aY+c} \right) dY = -bc.$
En intégrant : $\quad\displaystyle \int \frac{1}{Y} dY - \int \frac{a}{aY+C} dY = -bc \ \int dX.$
Ce qui donne $\quad\displaystyle \ln|Y| – \ln|aY + c| = -bcX + k.$
Et donc $\quad\displaystyle \ln \left| \frac{Y}{aY+c} \right| = -bcX + k.$
On continue $\quad\displaystyle \frac{Y}{aY+c} = e^{- \left( bcX +k \right)}.$
En regroupant les $Y$ j’aboutis à $\quad\displaystyle Y = \frac{c e^{- \left( bcX +k \right)} } {1 – a e^{- \left( bcX +k \right)} }.$
Puis $$ y = \frac{-1}{b} \ln|Y|= \frac{-1}{b}\ln \left| \frac{c e^{- \left( bcX +k \right)} } {1 – a e^{- \left( bcX +k \right)} } \right|
$$ (cela m'apparaît bien compliqué comme expression :-) )
Paul.
[Ne pas abuser des expressions centrées. ;-) AD] -
Bonjour,
On a, pour $a,b,c$ tous non nuls, $\displaystyle {y' \over a e^{-b y}+c}=1$ et donc $\displaystyle {dy \over a e^{-b y}+c}=dx={1 \over bc}{bce^{b y}dy \over a +ce^{b y}}$ et donc par intégration $\displaystyle x+k ={1 \over bc} \ln| a +ce^{b y}|$... c'est bien une valuer absolue... -
Je n'ai pas vérifié tes calculs, mais Maple trouve une expression de même genre. Et tu sembles avoir fait comme Maple, du calcul formel, sans t'occuper de la validité des calculs. Par exemple, si $a$ et $c$ sont de signes contraire, la fraction de ta première ligne n'est possible qu'avec des conditions sur $y$.
Il y a aussi un $Y'$ qui devient un $dY$ et à la ligne suivante, l'équation n'est même plus différentielle !!
Donc ceci n'est qu'un brouillon. Si tu veux utiliser ton changement de variable sur y, il est peut-être préférable de le faire sur l'équation initiale; ou clairement dans le calcul de l'intégrale du quotient ($\dfrac{y'}{a \cdot e^{-b \cdot y} + c}$) est la dérivée d'une fonction qui se calcule bien).
Cordialement. -
effectivement en multipliant au numérateur et dénominateur par $e^{by}$, cela simplifie bien les choses.
Que d'heures de perdues, mais c'est pour la bonne cause: lutter contre mon Alzheimer naissant :-)
Merci à vous pour l'aide
Paul
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