Cette équation différentielle est linéaire, du premier ordre, à coefficients variables et avec second membre. On va donc considérer l'équation homogène associée, à savoir :
(1+x2)yh′(x)−2xyh(x)=0Cette dernière est séparable. En effet elle peut s'écrire comme :
(1+x2)dxdyh(x)−2xyh(x)=0⟺dxdyh(x)=1+x22xyh(x)Ce qui nous donne avec l'écriture de
Leibniz :
yh(x)dyh=1+x22xdxEn intégrant :
ln(∣yh(x)∣)=ln(1+x2)+C(C∈R)En prenant l'exponentielle :
eln(∣yh(x)∣)=eln(1+x2)+C⟺∣yh(x)∣=eC×(1+x2)Posons
K=eC∈R, et on obtient :
∣yh(x)∣=K×(1+x2)⟺yh(x)=±K×(1+x2)Posons maintenant
K=±K∈R, et on trouve que :
yh(x)=K(1+x2)On va maintenant appliquer la méthode de la variation de la constante afin de déterminer une solution particulière
yp de l'équation
(E). Pour cela, on fait le changement
K⟶K(x). Ainsi, on pose :
yp(x)=K(x)(1+x2)⟹yp′(x)=K′(x)(1+x2)+2xK(x)L'équation
(E) prend alors la forme :
(1+x2)yp′(x)−2xyp(x)=(1+x2)2⟹(1+x2)(K′(x)(1+x2)+2xK(x))−2xK(x)(1+x2)=(1+x2)2Ce qui nous donne :
K′(x)(1+x2)2+2x(1+x2)K(x)−2xK(x)(1+x2)=(1+x2)2En simplifiant :
K′(x)(1+x2)2=(1+x2)2Comme le terme
(1+x2)2=0 on obtient donc :
K′(x)=1Ainsi, avec
q∈R :
K(x)=x+qDès lors, la solution particulière
yp recherchée est donnée par :
yp(x)=(x+q)(1+x2)L'équation différentielle
(E) étant linéaire, la solution globale
y est donc donnée par
y(x)=yp(x)+yh(x)Soit :
y(x)=(x+q)(1+x2)+K(1+x2)⟺y(x)=(x+q+K)(1+x2)On pose alors
Q=q+K∈R, et finalement, on trouve que :
y(x)=(x+Q)(1+x2)