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ExerciceTerminale, chapitre 8 — Équations différentielles · L'équation y′=ayy'=ay

Exercice 9

Lecture graphiqueDémonstrationCalcul

Le graphique ci-dessous représente quatre courbes intégrales de l'équation différentielle y′=0,5 yy'=0{,}5\,y.

Figure

1. Donner la forme générale des solutions de cette équation différentielle.

2. Déterminer, par lecture graphique de l'ordonnée en x=0x=0, la valeur de la constante CC associée à chacune des quatre courbes.

3. Une cinquième courbe intégrale passe par le point de coordonnées (0 ;4)(0\,;4). Déterminer l'expression de la solution correspondante.

4. Deux courbes intégrales distinctes peuvent-elles se couper ? Justifier à l'aide du théorème 2 du cours.

5. L'équation admet-elle une solution constante ? Si oui, laquelle, et pourquoi ne figure-t-elle pas parmi les quatre courbes tracées ?

Corrigé

1. Ici a=0,5a=0{,}5, donc d'après le théorème 1 : Les solutions sont les fonctions x↦Ce0,5x, avec C∈ℝ\boxed{\text{Les solutions sont les fonctions } x\mapsto C\mathrm{e}^{0,5x}, \text{ avec } C\in\mathbb{R}}

2. Comme f(0)=Ce0=Cf(0)=C\mathrm{e}^{0}=C, la constante CC se lit directement comme l'ordonnée du point d'abscisse 00. 𝒞1:C=2;𝒞2:C=1;𝒞3:C=−1;𝒞4:C=−3\boxed{\mathcal{C}_{1} : C=2 \quad ; \quad \mathcal{C}_{2} : C=1 \quad ; \quad \mathcal{C}_{3} : C=-1 \quad ; \quad \mathcal{C}_{4} : C=-3}

3. La condition f(0)=4f(0)=4 donne C=4C=4 : f(x)=4e0,5x\boxed{f(x)=4\mathrm{e}^{0,5x}}

4. Non. D'après le théorème 2, par tout point (x0 ;y0)(x_{0}\,;y_{0}) du plan passe une unique solution. Si deux courbes intégrales se coupaient en un point, il y aurait deux solutions distinctes vérifiant la même condition initiale, ce qui contredirait ce théorème. Deux courbes inteˊgrales distinctes ne se coupent jamais\boxed{\text{Deux courbes intégrales distinctes ne se coupent jamais}}

5. Oui : la valeur C=0C=0 donne la fonction nulle, dont la dérivée est nulle et qui vérifie bien y′=0,5×0y'=0{,}5\times 0. La fonction nulle est l’unique solution constante\boxed{\text{La fonction nulle est l'unique solution constante}} Sa courbe est l'axe des abscisses lui-même : elle n'a pas été tracée en couleur puisqu'elle se confond avec cet axe.

Dans l'édifice

Thèmes

équation différentielle, équation y' = ay, valeur d'équilibre, courbes intégrales, lecture graphique

Notions

équation différentielle, exponentielle

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