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 \(\mathbb{R}\) :
- \( y’ = 3y \)
- \( 2y’ + 5y = 0 \)
- \( y’ + y\sqrt{2} = 0 \)
Exercice 2 : Équations du type \( y’ = ay + b \)
Résoudre les équations différentielles suivantes :
- \( y’ = -2y + 4 \)
- \( 3y’ – y = 6 \)
- \( y’ = y – 1 \)
Exercice 3 : Conditions initiales (1er ordre)
- Déterminer la solution de l’équation \( y’ = 2y – 3 \) telle que \( y(0) = 1 \).
- 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 \( (E) : y’ – 2y = 3e^x \).
- Montrer que la fonction \( \varphi(x) = -3e^x \) est une solution de \( (E) \).
- Résoudre l’équation homogène associée \( (E_0) : y’ – 2y = 0 \).
- 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 :
- \( y » – 3y’ + 2y = 0 \)
- \( y » + y’ – 6y = 0 \)
Exercice 6 : Équations du 2nd ordre (Delta = 0)
Résoudre sur \(\mathbb{R}\) les équations différentielles suivantes :
- \( y » – 4y’ + 4y = 0 \)
- \( y » + 6y’ + 9y = 0 \)
Exercice 7 : Équations du 2nd ordre (Delta < 0)
Résoudre sur \(\mathbb{R}\) les équations différentielles suivantes :
- \( y » + y = 0 \)
- \( y » – 2y’ + 5y = 0 \)
- \( y » + 4y = 0 \)
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 \( \omega \in \mathbb{R}^* \).
- Donner la solution générale de \( (E) \).
- 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 \( R = 3 \).
- Écrire l’équation différentielle vérifiée par \( q(t) \).
- Résoudre cette équation.
- Déterminer \( q(t) \) sachant qu’à \( t=0 \), la charge est maximale \( q(0) = Q_0 \) et le courant est nul \( q'(0) = 0 \).
