Équation différentielle

Bonjour, je bloque sur 2, 3 questions d'un problème sur une équation différentielle, je suis donc preneur de toute aide.

On considère $$(\epsilon) : -x^2y'+2xy=y^2,$$ et $I=\,]\alpha,\beta[,\ 0<\alpha\leq\infty,$ désigne un intervalle ouvert inclus dans $\mathbb{R}_{+}^{*}$.
On a trouvé les fonctions $s$ solutions de $(\epsilon)$ sur $\mathbb{R}_{+}^{*} : s(x)=\dfrac{x^2}{x+k}$, avec $k$ constante réelle.
Soit maintenant $f$ une solution de $(\epsilon)$ sur $\mathbb{R}_{+}^{*}$ qui n'est pas identiquement nulle (mais qui peut éventuellement s'annuler).
Soit $a>0,\ f(a)\neq0$.
1) Montrer qu'il existe un intervalle ouvert non vide $J\subset\mathbb{R}_{+}^{*}$, contenant $a$ et tel que $f$ ne s'annule pas sur $J$.
2) On appelle $I$ la réunion de tous les intervalles ouverts $J$.
Montrer que $I\subset\mathbb{R}_{+}^{*},\ a\in I$ et $f$ ne s'annule pas.
3) Montrer que $I$ est un intervalle ouvert.
4) Soit $\alpha>0$, la borne inférieure de $I$. On suppose $\alpha>0$.
Montrer que $f(\alpha)\neq0$ et en déduire une contradiction.

J'ai simplement une vague idée pour la 2 : l'intersection d'intervalles inclus $\mathbb{R}_{+}^{*}$ est toujours incluse dans $\mathbb{R}_{+}^{*}$.
De plus, $a$ appartient à tous les $J$ donc il appartiendra à $I$ et $f$ ne s'annule pas sur $J$ donc elle ne s'annulera pas sur l'intersection des $J$. Je ne sais pourtant pas comment le démontrer.
Merci de votre aide.

[En $\LaTeX$, c'est toutes les expressions mathématiques que l'on encadre, pas seulement quelques termes. ;-) AD]

Réponses

  • Par $z=1/y$ elle devient linéaire.
  • Je ne comprends pas bien.
    Tu as la solution, tu peux répondre aux questions directement.
    Algebraic symbols are used when you do not know what you are talking about.
            -- Schnoebelen, Philippe
  • Mon idée ne donne que les solutions qui ne s'annulent pas sur $ \mathbb R_+^*$, déjà données par n12345.
  • Une autre idée c'est de poser $z=\frac y{x^2}$ pour $x \in \mathbb R_+^*$, qui donne $z'=-z^2$. La fonction $x \mapsto z$ est décroissante, donc l'ensemble de ses zéros est vide, ou bien est un singleton, on bien est un intervalle fermé, ou bien est $ \mathbb R_+^*$ tout entier. Etc.
  • C'est une équation différentielle de Bernoulli.
  • En fait, je me demande s'il faut revenir au cas général ou utiliser l'ensemble de fonctions que l'on vient de trouver, s'il faut utiliser les fonctions s ma question devient bête en effet.
    Mais si on doit utiliser les fonctions s comment exhiber un intervalle pour la question 1?Et même pour la contradiction de la question 4 je ne vois pas non plus tellement comment aboutir..
    Merci de votre aide
  • Bonsoir Chaurien,
    la partie du problème énoncée permet de montrer que $ I=\mathbb{R}_{+}^{*}$.
    Une autre permet de trouver les solutions sur $\mathbb{R}_{-}^{*}$ et de voir que ce sont les mêmes solutions.
    Une dernière partie avec un "recollement" des solutions sur $\mathbb{R}$ permet d'aboutir.
    Votre méthode permet de régler le problème bien plus efficacement, je vais essayer de l'utiliser pour voir si ça peut m'aider.
    Ok j'irai voir pour les équations différentielles de Bernoulli.
    Merci de votre aide.
  • Tu pourras toujours regarder l'équation de Bernoulli un de ces jours, j'ai dit ça comme complément d'information, mais je pense que le le mieux c'est d'étudier à la main l'équation $z'=-z^2$ sur $\mathbb{R}_+^*$.
  • Ça, c'est un vrai problème de mathématiques, pas une devinette.
  • Bonjour,

    Pour le 1) par contradiction.

    On suppose qu'il n'existe pas d'intervalle ouvert non vide $\displaystyle J$, inclus dans $\displaystyle \R^*_+$, contenant $a$ et tel que $f$ ne s'annule pas sur $J$.

    Pour un tel intervalle, $\displaystyle J=[a,b[, b >a$, $f$ s'annule sur $J$ : il existe donc un plus petit $c$ tel que $\displaystyle c \in ]a,b[$ et que $\displaystyle f(c) = 0.$

    Donc en reportant dans l'équation différentielle, pour tout $\displaystyle x \in ]a,c[$, $\displaystyle f(x) \neq 0$ et $\displaystyle f'(x) = {2 x f(x) - f(x)^2 \over x^2} = {d \over dx} {f(x)^2 \over x}.$

    Par intégration, pour tout $\displaystyle x \in ]a,c[$, $\displaystyle f(x) = {f(x)^2 \over x} + k$. A la limite en $\displaystyle x=c$ (puisque la fonction $f$ est dérivable, elle est continue), on a $\displaystyle k=0$ nécessairement.

    Puis, pour tout $\displaystyle x \in ]a,c[$, $\displaystyle f(x) (1-{f(x) \over x}) = 0$ et donc $\displaystyle f(x) =0$ (non puisque $f(a) \neq 0$ et la fonction $f$ est continue) ou $\displaystyle f(x) = x$ : contradiction à la limite en $\displaystyle x=c>a>0.$

    Non ?
  • Votre démonstration est très surement juste mais me parait compliquée pour une première question d'une partie, ne pensez-vous pas qu'il est directement possible d'exhiber J? Quant aux questions 2 et 3 comment les démontrer rigoureusement?
  • Pour la question 1) la continuité de $f$ suffit. Non ?
  • J'ai l'impression que la plupart des intervenants n'ont pas lu en détails les questions de l'énoncé et celle de n12345/

    1) La continuité de $f$ donne le résultat immédiatement.
    2) Il suffit d'écrire les définitions... presque tout est évident.
    3) Là, ça se corse. Pour montrer que $I$ est un intervalle, on peut montrer que c'est un convexe, en utilisant le fait que le point $a$ est dedans. Pour montrer qu'il est ouvert, il me semble qu'il va falloir utiliser un théorème célèbre à propos des équations différentielles.
    4) La contradiction est facile à voir : c'est la même chose que la question 1. Il reste à justifier pourquoi $f(\alpha)\neq 0$.
  • Bonsoir bisam,
    je pense finalement avoir réussi à répondre à toutes les questions grâce à votre aide même si je ne suis pas sûr d'avoir totalement réussi à conclure avec le principe de superposition pour la 3.
    Merci et bonne soirée.
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