Équation différentielle du second ordre
Bonjour.
On cherche une solution particulière sous la forme $ y=\lambda f+\mu g$ où $f$ et $g$ forment une base de l'espace des solutions de l'équation homogène de $ay''+by'+cy=d$ avec $a,b$ et $c$ constants.
Pourquoi dans la méthode de variation de la constante il faut résoudre le système $\lambda'f+\mu'g=0$ et $\lambda'f'+\mu'g'=\frac{d}{a}$ ?
Quel lien avec le wronskien ?
Merci.
On cherche une solution particulière sous la forme $ y=\lambda f+\mu g$ où $f$ et $g$ forment une base de l'espace des solutions de l'équation homogène de $ay''+by'+cy=d$ avec $a,b$ et $c$ constants.
Pourquoi dans la méthode de variation de la constante il faut résoudre le système $\lambda'f+\mu'g=0$ et $\lambda'f'+\mu'g'=\frac{d}{a}$ ?
Quel lien avec le wronskien ?
Merci.
Réponses
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Pour appliquer la MVC à une équation d'ordre $2$ il faut :
1) savoir le faire à l'ordre 1
2) ensuite passer ton équation d'ordre $2$ en un système d'ordre $1$. Pour qu'il soit "'résolu" en $y''$, je suppose que ton $a$ est non nul et quitte à diviser par lui que $a=1$. On introduit donc le vecteur colonne $Y=\begin{pmatrix} y \\ y'\end{pmatrix}$ et ton équation devient le système $Y'=AY+B$ avec $A= ... $ et $B= ...$. La solution du système homogène va prendre la forme $Y(x)=\exp(xA)Y_0$. L'application de la MVC consiste à remplacer $Y_0$ par une fonction. L'égalité des $i-èmes$ lignes des termes de gauche et de droite ($i=1,2$) te donne ta $i-$ème relation. -
Je n'ai sans doute pas été clair sur deux points :
- d'une part on applique en pratique la MVC comme tu l'as indiqué, mon message a pour but d'expliquer l'apparition de la première relation (car si la MVC est naturelle au premier ordre, elle peut apparaître curieuse à un ordre supérieur)
- d'autre part, bien entendu $\exp(xA)=\begin{pmatrix} f(x) & g(x) \\ f'(x) & g'(x) \end{pmatrix}$ et $Y_0(x)=\begin{pmatrix} \lambda(x) \\ \mu(x)\end{pmatrix}$ -
En effet, j'essayais de comprendre d'où venaient ces formules.
Notamment, dans un bouquin de prépa on découvre un formulaire à appliquer sans explication.
Grâce au système que tu as écrit la solution particulière $y_{0} $ doit donc vérifier $y_{0}=\lambda u+\mu v$ et
$y_{0}=\lambda u'+\mu v'$ c'est bien cela ? -
Je précise mon début, toujours avec $a=1$.
1) Avec le $Y$ introduit, nous allons avoir $A=\begin{pmatrix} 0 & 1 \\ -c & -b \end{pmatrix}$ et $B=\begin{pmatrix} 0 \\ -d\end{pmatrix}$
2) si tu notes $f$, $g$ une base de l'espace des solutions en $y$ pour l'équation sans second membre, effectivement toute solution s'écrira sous la forme $y(x)=\lambda f(x)+\mu g(x)$ avec $\lambda$ et $\mu$ réels. De ce fait, en $Y$ l'expression est :
$$ Y(x)=\begin{pmatrix} f(x) & g(x) \\ f'(x) & g'(x) \end{pmatrix} \begin{pmatrix} \lambda \\ \mu \end{pmatrix}.$$
La matrice qui apparaît est en fait l'exponentielle de la matrice $xA$ et le vecteur est le vecteur $Y_0$. Remplaçant $Y_0$ par une fonction, comme pour la MVC en dimension $1$, je cherche une solution particulière sous la forme $Y(x)=\exp(xA) Y_0(x)$. Je dérive cette expression de manière habituelle, en sachant que la dérivée par rapport à $x$ de $\exp(xA)$ est $A\exp(xA)$ (si tu ne sais pas manipuler l'exponentielle de matrice, cela doit se voir en conservant les $f,g$ et en utilisant le fait que $f$ et $g$ étant solutions de l'équation sans second membre, on remplace $f''$ et $g''$ par leurs expressions en $f$ et $g$, mais si tu sais différentier l'exponentielle de matrice, ça va plus vite).
Par conséquent $Y'(x)=A \exp(xA)Y_0(x)+\exp(xA) Y_0'(x)=A Y(x)+\exp(xA) Y_0'(x)$.
Ainsi, $Y$ est une solution particulière ssi $\exp(xA) Y_0'(x)=B(x)$.
Or, ceci s'écrit :
$$\begin{pmatrix} f(x) & g(x) \\ f'(x) & g'(x) \end{pmatrix} \begin{pmatrix} \lambda'(x) \\ \mu'(x)\end{pmatrix}= \begin{pmatrix} 0 \\ -d\end{pmatrix}$$
Si tu ré-écris les deux équations, elles te donnent exactement le système que tu as posé (sauf erreur d'écriture de ma part à cette heure tardive)
EDIT : oubli d'un second dollar de fermeture Latex -
Super merci
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Bonjour!
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