Une équation différentielle est une équation qui établit un lien entre une fonction et une ou plusieurs de ses dérivées. Ce qui veut dire que la solution d'une équation différentielle est une fonction !
S'interroger sur les paramètres qui influent sur la dérivée d'une grandeur physique, c'est chercher à établir une équation différentielle. La résoudre permet d'anticiper l'évolution d'un système. La mise en place d'une méthode numérique itérative permet de mieux ancrer l'idée du déterminisme et de la causalité.
Équation différentielle y' = f
Une fonction F est une primitive de f sur I, lorsque pour tout réel x ∈ I, F′(x) = f(x). Une primitive de f sur I est solution de l'équation différentielle y′ = f. Deux primitives d'une même fonction continue sur un intervalle diffèrent d'une constante.
Une solution de l'équation différentielle est la donnée d'un couple (y,I) où I est un intervalle de R et y est une fonction de I dans Rm tels que, pour tout x∈I x ∈ I , (x,y(x))∈U ( x , y ( x ) ) ∈ U et y′(x)=f(x,y(x)) y ′ ( x ) = f ( x , y ( x ) ) .
Le terme œquatio differentialis ou équation différentielle est apparu pour la première fois sous la plume de Leibniz1 en 1676 pour définir la relation entre les différentielles dx et dy des deux variables x et y.
Une équation est une égalité où les valeurs d'un ou de plusieurs nombres sont inconnues. Ces valeurs inconnues sont remplacées par des lettres. Par exemple, x + 2 = 6 x + 2 = 6 x+2=6x, plus, 2, equals, 6 est une équation. L'inconnue est x.
Le début d'une véritable théorie des équations est généralement attribué à Viète, mathématicien français de la fin du XVI e siècle.
Une équation différentielle, que nous abrégerons parfois équa diff ou ED, est une égalité où il y a une fonction avec ses dérivées. Par exemple : On voit qu'il y a une fonction f, avec sa dérivée première f ', et sa dérivée seconde f ". On note y mais c'est sous-entendu y(x), y est une fonction, pas une variable.
Résoudre une telle équation différentielle, c'est trouver toutes les fonctions dérivables y définies sur I à valeurs dans R ou C vérifiant, pour tout x∈I x ∈ I , y′(x)+a(x)y(x)=b(x) y ′ ( x ) + a ( x ) y ( x ) = b ( x ) . Dans la suite, on supposera toujours que a,b sont continues sur I .
Si une fonction y = f ( x ) est dérivable en tout point d'un intervalle on définit la différentielle de cette fonction par : d f = f ′ ( x ) Δ x où est un accroissement arbitraire de la variable.
Commençons d'abord par résoudre l'équation y′=y−x y ′ = y − x . L'équation homogène admet pour solutions les fonctions x↦Cex x ↦ C e x , et une solution particulière est la fonction x↦x+1 x ↦ x + 1 . L'ensemble des solutions de cette équation est donc constituée des fonctions x↦Cex+(x+1).
Dans le cas d'un circuit RLC, l'équation différentielle obtenue est linéaire d'ordre 2, et la tension suit alors une évolution pouvant être caractérisée grâce à des fonctions trigonométriques.
Re : Applications des équations différentielles
Les équations différentielles servent dans quasiment tous les domaines de la physique : en électromagnétisme, en mécanique des fluides, ... Mais elles prennent des formes plus complexes (plusieurs variables) et sont appellées "équations aux dérivées partielles".
Si l'on tient compte uniquement du poids et de la force de frottement, l'équation du mouvement issue de la seconde loi de Newton donne : md2−−→OMdt2=m→g−βv→v m d 2 O M → d t 2 = m g → − β v v → qui, après projection dans le plan (x,z) se décompose en deux équations couplées : ⎧⎪ ⎪⎨⎪ ⎪⎩¨z=−g−βm˙z√˙x2+˙z2¨x=−βm˙x√˙x2+˙z2 ...
Introduction. Une équation différentielle du premier ordre est une équation dont l'inconnue est une fonction, et où intervient la dérivée de cette fonction. Dans ce cours l'inconnue sera une fonction y de la variable t , et sa dérivée sera donc notée y ′ .
Les systèmes différentiels non linéaires dans le champ réel
On considère le système différentiel : où x ∈ R n, f (x, t ) une fonction à valeurs dans R n, t une variable réelle. On suppose f (x, t ) définie et continue dans l'ensemble −G × [t0, t0 + T], où G est un ensemble ouvert et borné dans R n.
Une équation linéaire à une inconnue x est une équation de la forme ax + b = 0 où a et b sont des réels (ou des complexes). Les réels a et b sont appelés des coefficients, a est le coefficient devant x et b le coefficient constant. On appelle aussi cette équation, une équation du premier degré à une inconnue.
Une équation différentielle linéaire (du premier ordre) est une équation différentielle de la forme y′(x)=a(x)y(x)+b(x) y ′ ( x ) = a ( x ) y ( x ) + b ( x ) , où a et b sont des fonctions continues sur un intervalle I de R . Si a et b sont deux fonctions constantes, l'équation est dite à coefficients constants.
Résoudre une équation, c'est trouver l'ensemble des solutions qui font que l'égalité est vraie. Donc rapidement dit, résoudre une équation c'est trouver la valeur de x qui la vérifie (c'est à dire qu'avec cette valeur de x, les deux membres sont égaux).
Définition : on appelle valeur interdite d'une fonction f donnée, tout réel x n'appar- tenant pas à l'ensemble de définition de la fonction f.
Pour résoudre, il faut 'isoler' le x (nom choisi ici pour l'inconnue) en se 'débarrassant' de ce qui l'entoure. 2x + 8 - 8 = 5 - 8 -----> Pour cela on soustrait 8 aux deux membres, ainsi à gauche il n'y a plus de + 8 (cela s'annule) et à droite apparaît le terme - 8.
Thalès de Milet (624 av JC - 547 av JC) Thalès est le premier mathématicien dont l'histoire ait retenu le nom. Il est né à Milet (voir une carte), en Asie mineure, sur les côtes méditerranéennes de l'actuelle Turquie, vers 624 av JC.
Voilà une croyance fermement ancrée : les mathématiques seraient une invention grecque. C'est pourquoi l'on enseigne encore aujourd'hui aux enfants le théorème de Thalès, le théorème de Pythagore ou les éléments d'Euclide.
Al Khwârizmî est né vers 780 et mort vers 850. Malgré son utilité dans le monde des mathématiques, le savant reste mal connu.