Pour résoudre cette équation
(E) nous allons transformer l'expression du second membre de la forme
t↦P(t)emt .
Pour cela, on rappelle que
sin(3t)=Im(e3it).
Nous allons résoudre l'équation
(E1):y′+2y=e3it.
Nous allons chercher les solutions générales de l'équation homogène associée à
(E1) puis une solution particulière de
(E1).
Finalement, les solutions de
(E) seront alors les solutions générales de l'équation homogène associée à
(E1) puis la partie imaginaire de la solution particulière de
(E1).
Commençons par résoudre (E1):y′+2y=e3itEtape 1 : Résolution de l'équation homogène
(E0):ay′+by=0 .
Etape 2 : Recherche d'une solution particulière
Le second membre est de la forme
t↦P(t)emtPremier cas : Si
m=−ab , on cherche alors une solution particulière de la forme
y1(t)=Q(t)emt où
deg(Q)=deg(P) .
Deuxième cas : Si
m=−ab , on cherche alors une solution particulière de la forme
y1(t)=Q(t)emt où
deg(Q)=deg(P)+1 Autrement dit :
y1(t)=Atemt où
A∈REtape 3 : Donner les solutions générales de l'équation différentielle Les solutions générales de
(E) sont les fonctions de la forme :
y(t)=y0(t)+y1(t) Etape 1 : Résolution de l'équation homogène Pour tout réel
t, on a :
On note
(E0):y′+2y=0- Soit l'équation différentielle (E0) : y′+a(x)y=0 définie sur un intervalle I.
L'ensemble des solutions de (E0) est l'ensemble des fonctions de la forme y0=CeA où A est une primitive de −a et C une constante réelle quelconque.
ici nous avons
a(t)=2, ainsi
A(t)=∫−a(t)dt autrement dit
A(x)=−2t .
L'ensemble des solutions de
(E0) est l'ensemble des fonctions de la forme
y0(t)=Ce−2t où
C∈R .
Etape 2 : Recherche d'une solution particulière Le second membre
t↦e3it est de la forme
P(t)emt avec
deg(P)=0 et
m=3i .
Or
3i=−2 c'est à dire
m=−abOn cherche alors une solution particulière de la forme
y1(t)=Q(t)emt où
deg(Q)=deg(P) .
Autrement dit :
y1(t)=Ae3it où
A∈CIl vient alors que
y1′(t)=3iAe3it .
y1′(t)+2y1(t)=e3it équivaut successivement à :
3iAe3it+2Ae3t=e3it 3iA+2A=1A(3i+2)=1A=3i+21A=(3i+2)(−3i+2)−3i+2Ainsi :
A=132−133iUne solution particulière de
(E1) est alors
y1(t)=(132−133i)e3it.
On peut également écrire que :
y1(t)=(132−133i)(cos(3t) +isin(3t) ) y1(t)=132cos(3t) +132isin(3t) −133icos(3t) +133sin(3t) y1(t)=132cos(3t) +133sin(3t) +i(132sin(3t) −133cos(3t) )On peut alors affirmer que :
Im(y1(t))=132sin(3t) −133cos(3t)Etape 3 : Donner les solutions générales de l'équation différentielle Les solutions générales de
(E) sont les solutions générales de l'équation homogène associée à
(E1) et de la partie imaginaire de la solution particulière de
(E1).
y(t)=y0(t)+Im(y1(t))Finalement :
y(t)=Ce−2t+132sin(3t) −133cos(3t) où
C est une constante réelle quelconque.