Série d’Exercices : Équations Différentielles – 2Bac SP

SEMESTRE 2 – 2ÈME ANNÉE BAC SCIENCES PHYSIQUES

Chapitre 10 : Équations Différentielles

Série d’exercices : Premier et second ordre à coefficients constants

Exercice 1 : Équations du type \( y’ = ay \)

Résoudre les équations différentielles suivantes sur \(\mathbb{R}\) :

  1. \( y’ = 3y \)
  2. \( 2y’ + 5y = 0 \)
  3. \( y’ + y\sqrt{2} = 0 \)
Exercice 2 : Équations du type \( y’ = ay + b \)

Résoudre les équations différentielles suivantes :

  1. \( y’ = -2y + 4 \)
  2. \( 3y’ – y = 6 \)
  3. \( y’ = y – 1 \)
Exercice 3 : Conditions initiales (1er ordre)
  1. Déterminer la solution de l’équation \( y’ = 2y – 3 \) telle que \( y(0) = 1 \).
  2. Déterminer la solution de l’équation \( y’ + 3y = 0 \) telle que \( y(\ln 2) = 1 \).
Exercice 4 : Recherche de solutions particulières

On considère l’équation \( (E) : y’ – 2y = 3e^x \).

  1. Montrer que la fonction \( \varphi(x) = -3e^x \) est une solution de \( (E) \).
  2. Résoudre l’équation homogène associée \( (E_0) : y’ – 2y = 0 \).
  3. En déduire l’ensemble des solutions de l’équation \( (E) \).
Exercice 5 : Équations du 2nd ordre (Delta > 0)

Résoudre sur \(\mathbb{R}\) les équations différentielles suivantes :

  1. \( y » – 3y’ + 2y = 0 \)
  2. \( y » + y’ – 6y = 0 \)
Exercice 6 : Équations du 2nd ordre (Delta = 0)

Résoudre sur \(\mathbb{R}\) les équations différentielles suivantes :

  1. \( y » – 4y’ + 4y = 0 \)
  2. \( y » + 6y’ + 9y = 0 \)
Exercice 7 : Équations du 2nd ordre (Delta < 0)

Résoudre sur \(\mathbb{R}\) les équations différentielles suivantes :

  1. \( y » + y = 0 \)
  2. \( y » – 2y’ + 5y = 0 \)
  3. \( y » + 4y = 0 \)
Exercice 8 : Conditions initiales (2nd ordre)

Déterminer la solution \( f \) de l’équation \( y » + 3y’ + 2y = 0 \) vérifiant :

\[ f(0) = 0 \quad \text{et} \quad f'(0) = 1 \]
Exercice 9 : Lien avec les fonctions trigonométriques

Soit l’équation \( (E) : y » + \omega^2 y = 0 \) avec \( \omega \in \mathbb{R}^* \).

  1. Donner la solution générale de \( (E) \).
  2. Déterminer la solution \( g \) telle que \( g(0) = 1 \) et \( g'(\frac{\pi}{2\omega}) = 0 \).
Exercice 10 : Problème de synthèse (Électricité)

Dans un circuit RLC, la charge \( q(t) \) du condensateur vérifie l’équation :

\[ Lq »(t) + Rq'(t) + \frac{1}{C}q(t) = 0 \]

On suppose que \( L = 1 \), \( C = 1/2 \) et \( R = 3 \).

  1. Écrire l’équation différentielle vérifiée par \( q(t) \).
  2. Résoudre cette équation.
  3. Déterminer \( q(t) \) sachant qu’à \( t=0 \), la charge est maximale \( q(0) = Q_0 \) et le courant est nul \( q'(0) = 0 \).

Série d’exercices – Semestre 2 – Mathématiques 2Bac SP

« Les équations différentielles décrivent les lois du changement dans l’univers. »