Équation différentielle

Accueil » Équation différentielle
Équation différentielle : définition, méthode et exemple corrigé (Terminale) – Maths PDF


En bref : Une équation différentielle relie une fonction inconnue à sa dérivée ; pour y’ = ay + b avec a non nul, les solutions sont y = C e^(ax) – b/a, où la constante C est fixée par une condition initiale.

TerminaleFonctions

Définition : Équation différentielle

Une équation différentielle est une égalité dont l’inconnue n’est pas un nombre mais une fonction, et où figure sa dérivée. Elle décrit un phénomène par la manière dont il évolue plutôt que par sa valeur.

En Terminale, on résout \(y^{\prime}=ay+b\) avec \(a\neq 0\). Ses solutions sont les fonctions \(x\mapsto Ce^{ax}-\frac{b}{a}\), \(C\) réel quelconque. Une condition initiale, du type \(y(0)=y_0\), sélectionne une seule solution parmi cette famille.

Comment le reconnaître

  • L’énoncé exprime une vitesse de variation proportionnelle à la quantité elle-même : refroidissement, désintégration, croissance.
  • Une équation différentielle mêle \(y\) et \(y^{\prime}\), par exemple \(y^{\prime}=-0{,}1y+2\).
  • On demande de « déterminer toutes les solutions » puis celle qui vérifie une valeur donnée.
  • Un graphique montre une courbe qui se rapproche d’une valeur d’équilibre.

La méthode

  1. Mettre l’équation différentielle sous la forme \(y^{\prime}=ay+b\) et repérer \(a\) et \(b\).
  2. Trouver la solution constante \(-\frac{b}{a}\) (celle qui annule \(y^{\prime}\)).
  3. Écrire la solution générale \(y=Ce^{ax}-\frac{b}{a}\).
  4. Utiliser la condition initiale pour calculer \(C\), puis conclure avec la fonction obtenue.
90 °C62,545,820 °C (équilibre)T’ = -0,1 T + 2, T(0) = 90T(t) = 20 + 70 e^(-0,1t)temps t (min)
La température décroît vers la solution constante 20 °C.

Équation différentielle : exemple corrigé

Énoncé

Un café à \(90\) °C est laissé dans une pièce à \(20\) °C. Sa température \(T\) (en °C) à l’instant \(t\) (en minutes) vérifie \(T^{\prime}=-0{,}1T+2\) avec \(T(0)=90\). Déterminer \(T(t)\), puis \(T(10)\).

Corrigé

Ici \(a=-0{,}1\) et \(b=2\), donc la solution constante est \(-\frac{b}{a}=20\) et \(T(t)=Ce^{-0{,}1t}+20\). La condition \(T(0)=90\) donne \(C+20=90\), soit \(C=70\).

Ainsi \(T(t)=70e^{-0{,}1t}+20\) et \(T(10)=70e^{-1}+20\approx 25{,}75+20=\) \(45{,}75\) °C.

À toi de jouer

Question 1

Résoudre \(y^{\prime}=3y\) avec \(y(0)=2\).

Voir la réponse

Ici \(b=0\) : \(y=Ce^{3x}\) et \(y(0)=C=2\), donc \(y=2e^{3x}\).

Question 2

Donner la solution constante de \(y^{\prime}=2y-6\).

Voir la réponse

Elle annule \(2y-6\), donc \(y=3\) ; la solution générale est \(y=Ce^{2x}+3\).

Ne pas confondre Équation différentielle et Primitive

Chercher une primitive de \(f\) revient à résoudre le cas très simple \(y^{\prime}=f(x)\), où le second membre ne contient pas \(y\). Dans une équation comme \(y^{\prime}=ay+b\), la fonction inconnue figure aussi à droite : il faut l’exponentielle pour la résoudre.

Primitive

Pour aller plus loin

Mots voisins

Tout le glossaire : A–Z · Terminale · Fonctions

Voter.. page

Nombre de fichiers PDF téléchargés.  Maths PDF c'est 16 324 221 cours et exercices de maths téléchargés en PDF et 4 531 exercices.

Télécharger les manuels scolaires de maths en PDF du CP à la Terminale