Équations Différentielles d'Ordre 1

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Questions and Answers

Quelle méthode est utilisée pour trouver la solution particulière de l'équation différentielle $xy'(x) - y(x) = x^2e^x$ avec la condition initiale $y(1) = 0$?

  • Transformation de Laplace
  • Méthode des coefficients constants
  • Méthode de variation de la constante (correct)
  • Séries de Frobenius

Dans le problème du parachutiste, quelle force est supposée proportionnelle au carré de la vitesse $v$?

  • La force de tension du parachute
  • La force de frottement
  • La force de traînée (correct)
  • La force gravitationnelle

Dans l'exercice du parachutiste avec $b = 30 \text{ kg.m}^{-1}$ et une masse de 70 kg, quelle est la signification physique du coefficient $b$ ?

  • Accélération due à la gravité
  • Pression atmosphérique
  • Coefficient de traînée (correct)
  • Masse par unité de longueur

Dans le contexte de l'exercice sur la réduction à une équation linéaire, quelle est la première étape pour résoudre l'équation différentielle (E) $y'(x) - \frac{y(x)}{x} - \frac{y^2(x)}{x} = -9x^2$?

<p>Trouver une solution particulière $y_0$ de (E) (A)</p> Signup and view all the answers

Quelle transformation est utilisée dans l'exercice sur la réduction à une équation linéaire pour simplifier l'équation différentielle?

<p>$y(x) = y_0(x) - \frac{1}{z(x)}$ (C)</p> Signup and view all the answers

Dans l'exercice de réduction à une équation linéaire, quelle est la forme de l'équation différentielle (E1) après la transformation?

<p>$z'(x) + (6x + \frac{1}{x})z(x) = 1$ (B)</p> Signup and view all the answers

Dans l'exercice supplémentaire 4, quelle méthode est suggérée pour résoudre l'équation différentielle $(x \ln(x))y'(x) - y(x) = -\frac{1}{x} (\ln(x) + 1)$ sur $R^{+*}$ ?

<p>La méthode de variation de la constante (A)</p> Signup and view all the answers

Dans l'exercice supplémentaire 5, quel type d'équation est $xy' - y = \sqrt{x^2 + y^2}$?

<p>Une équation qui se réduit à une forme séparable (D)</p> Signup and view all the answers

Dans le problème du parachutiste, comment la vitesse du parachutiste évolue-t-elle après l'ouverture du parachute si sa vitesse initiale $v_0$ est supérieure à $k$, où $k = \sqrt{\frac{mg}{b}}$?

<p>Elle décroît jusqu'à une valeur asymptotique. (C)</p> Signup and view all the answers

Dans l'exercice 3 (Réduction à une équation linéaire), quelle est la valeur de $\alpha$ pour que $y(x) = \alpha x$ soit une solution particulière de (E) $y'(x) - \frac{y(x)}{x} - \frac{y^2(x)}{x} = -9x^2$?

<p>$\alpha = 3$ (D)</p> Signup and view all the answers

Dans TD2, si on approche une fonction $f(x)$ par un polynôme de degré 0, $G_0(x) = a_0$, comment détermine-t-on $a_0$?

<p>En minimisant l'écart quadratique (B)</p> Signup and view all the answers

Dans TD2, lorsqu'on utilise un polynôme interpolé de Lagrange, quel est le degré du polynôme si l'on a six points de mesure?

<p>5 (C)</p> Signup and view all the answers

Dans le contexte de l'interpolation polynomiale, quel est le principal inconvénient de l'utilisation d'un polynôme de Lagrange de haut degré pour interpoler un grand nombre de points de données expérimentales?

<p>Il peut osciller de manière significative entre les points, conduisant à une mauvaise approximation. (B)</p> Signup and view all the answers

Dans TD3, quel est l'ordre de la méthode d'intégration numérique basée sur: $\int_a^b f(x) dx \approx \frac{b-a}{2}(f(a) + f(b))$

<p>1 (C)</p> Signup and view all the answers

Dans TD3, quelle est la quadrature utilisée dans la méthode de Simpson?

<p>Une parabole. (A)</p> Signup and view all the answers

Dans TD3, quelle est la différence principale entre la méthode des trapèzes et celle de Simpson pour l'intégration numérique?

<p>La méthode de Simpson utilise des polynômes d'interpolation du second degré, tandis que la méthode des trapèzes utilise des polynômes du premier degré. (B)</p> Signup and view all the answers

Dans TD4, quel est le but des développements de Taylor dans le contexte de la dérivation numérique?

<p>Approximer les valeurs des fonctions en un point donné. (B)</p> Signup and view all the answers

Dans TD4, quelle est la particularité d'un schéma centré pour l'approximation de la dérivée première par rapport à un schéma progressif?

<p>Il utilise les points futurs et passés. (A)</p> Signup and view all the answers

Dans le contexte des schémas de dérivation numérique, qu'est-ce que l'ordre d'un schéma?

<p>La puissance la plus faible de $h$ dans le terme d'erreur. (C)</p> Signup and view all the answers

Dans TD5, quelle méthode numérique est utilisée pour résoudre une Équation Différentielle Ordinaire (EDO) d'ordre 1?

<p>La méthode d'Euler (A)</p> Signup and view all the answers

Dans TD5, quel est un avantage de la méthode de Runge-Kutta par rapport à la méthode d'Euler pour résoudre une Équation Différentielle Ordinaire (EDO)?

<p>Les méthodes de Runge-Kutta ont une plus grande précision. (C)</p> Signup and view all the answers

Dans TD5, comment la méthode d'intégration numérique est-elle liée à la résolution numérique d'une équation différentielle ordinaire (EDO) en utilisant la méthode d'Euler?

<p>La méthode d'Euler est utilisée pour approximer l'intégrale de la fonction dans l'EDO. (C)</p> Signup and view all the answers

Dans TD5, quel est le principal inconvénient de la méthode d'Euler à mesure que la taille du pas $h$ augmente lors de la résolution numérique d'une EDO?

<p>L'erreur de troncature augmente. (C)</p> Signup and view all the answers

Considérez l'équation différentielle (1) $xy' - y = \sqrt{x^2 + y^2}$. Après la substitution $u(x)=y(x)/x$, quelle est la forme transformée de l'équation (1)?

<p>$xu' = \sqrt{1 + u^2}$ (B)</p> Signup and view all the answers

Il faut résoudre $\int \frac{dv}{v^2-k^2}$. Quelle est la décomposition en éléments simples (sans calculer les constantes)?

<p>$\frac{A}{v-k} + \frac{B}{v+k}$ (D)</p> Signup and view all the answers

Dans l'exercice de Taylor, on cherche à approximer la dérivée première $f'(x)$ par une combinaison linéaire: $a f(x+h) + b f(x-h) + c f(x+2h) + d f(x-2h)$. On souhaite que la formule soit d'ordre 4. Quelles sont les conditions sur les coefficients?

<p>Doivent annuler les termes sans dérivée et les dérivées d'ordre 2, puis isoler la dérivée d'ordre 1. (D)</p> Signup and view all the answers

Dans l'exercice de Lagrange, on utilise les DL. Quelle est la conséquence si l'on ne va pas à l'ordre suffisant?

<p>On obtient une approximation d'ordre inférieur à 4 de la dérivée première. (A)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la formule de quadrature de Boole-Villarceau?

<p>$\int_a^b f(x)dx = \frac{b-a}{90} \left( 7f(a) + 32f(\frac{3a+b}{4}) + 12f(\frac{a+b}{2}) + 32f(\frac{a+3b}{4}) + 7f(b) \right)$ (D)</p> Signup and view all the answers

Parmi les équations suivantes, laquelle est linéaire?

<p>$2'(x) + (6x + \frac{1}{x})z(x) = 1$. (B)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la particularité de la solution via la méthode de variation des constantes? Quel type d’équation doit-on respecter?

<p>Nécessite d'abord la résolution de l'équation homogène associée afin d'appliquer les bornes / Peut être utilisée pour résoudre des équations linéaires non homogènes. (C)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Problème de Cauchy

Méthode pour résoudre une équation différentielle en utilisant la condition initiale.

Traînée proportionnelle

Équation où la vitesse est proportionnelle au carré de la vitesse.

Changement de variable

Technique pour simplifier une équation différentielle complexe en introduisant une nouvelle fonction.

Variation de la constante

Une méthode pour trouver la solution générale d'une équation différentielle.

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Singularité

Point où une solution d'une équation différentielle n'est pas définie.

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Polynômes de Lagrange

Polynômes utilisés pour l'interpolation, chaque polynôme est 1 à un point et 0 aux autres.

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Moindres carrés

Méthode pour ajuster une courbe à des points en minimisant la somme des carrés des erreurs.

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Écart quadratique

Erreur entre une approximation et la valeur réelle.

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Méthode des trapèzes

Méthode d'intégration numérique utilisant des trapèzes pour estimer l'aire sous une courbe.

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Méthode de Simpson

Méthode d'intégration numérique utilisant des paraboles pour estimer l'aire sous une courbe.

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Quadrature de Gauss

Formule d'intégration numérique utilisant des points spécifiques pour une plus grande précision.

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Erreur de quadrature

Erreur introduite lors de l'approximation d'une intégrale.

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Dérivation numérique

Méthode pour approcher une dérivée en utilisant des valeurs de la fonction en des points discrets.

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Différences régressives

Formules utilisant les valeurs passées pour estimer la dérivée.

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Différences progressives

Formules utilisant les valeurs futures pour estimer la dérivée.

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Différences centrées

Formules utilisant des points autour du point d'intérêt pour estimer la dérivée.

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Méthode d'Euler

Une méthode numérique pour résoudre des équations différentielles.

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Méthode d'Euler modifiée

Une amélioration de la méthode d'Euler pour une plus grande précision.

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Méthodes de Runge-Kutta

Une famille de méthodes numériques pour les équations différentielles, souvent plus précises que Euler.

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Study Notes

Équations Différentielles d'Ordre 1

  • Le document porte sur les méthodes mathématiques et numériques pour la mécanique, en particulier sur les équations différentielles d'ordre 1.

Équation Linéaire

  • Problème de Cauchy:
    • Consiste à résoudre une équation différentielle linéaire avec une condition initiale donnée.
    • Pour l'équation xy'(x) – y(x) = x²e^x avec y(1) = 0, la solution est y(x) = x(e^x – e).

Équations Non Linéaires

  • Le Parachutiste:
    • Modélise la vitesse d'un parachutiste après l'ouverture de son parachute avec l'équation à variables séparables.
    • La vitesse initiale est v(0) = vo = 10 m/s.
    • Question centrale : comment évolue la vitesse v(t) au cours du temps et décroît-elle jusqu'à s'annuler ?
    • Une question complémentaire est posée sur la généralisation du résultat à toutes les vitesses initiales.
    • La personne et son équipement pèsent 70 kg, et la gravité est de 10 m/s².
    • La traînée est proportionnelle au carré de la vitesse (T = bv²), avec b = 30 kg/m.
    • La solution est v(t) = k (1 + Ce^(-2bk/m) t) / (1 - Ce^(-2bk/m) t) avec des constantes k = √(mg/b) et Co = (vo - k) / (vo + k).

Réduction à une Équation Linéaire

  • L'exercice propose de résoudre l'équation différentielle y'(x) - (y²(x) / x) = -9x² sur un intervalle I ⊂ ]0, ∞[.
    • Il faut déterminer une constante a ∈ ]0, ∞[ telle que y(x) = ax soit une solution particulière yo de l'équation.
    • Il faut montrer que le changement de fonction inconnue y(x) = yo(x) - 1/z(x) transforme l'équation en une équation différentielle linéaire.
    • L'équation différentielle linéaire résultante est z'(x) + (6x + 1/x) z(x) = 1.
    • Il faut intégrer l'équation linéaire sur l'intervalle ]0, ∞[.
    • Il faut déterminer toutes les solutions de l'équation différentielle originale définies sur ]0, ∞[.
    • Solutions: y(x) = 3x - 1 / (1 + ke^(-3x²)) / 6x, avec ∀k > -1.

Exercices Supplémentaires

  • Résoudre l'équation différentielle (x ln(x))y'(x) - y(x) = -(1/x)(ln(x) + 1) sur R+* en utilisant la variation de la constante.
    • La solution est y(x) = 1/x + ln(x) + A ln(x).
  • Déterminer la solution réelle sur R de l'équation différentielle xy' - y = √(x² + y²).
  • La solution est y(x) = (x² - λ²) / (2λ) avec λ ≠ 0.

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