Équations différentielles - Exercices
Exercice 1 : Vérifier une solution
Dans chaque cas, vérifier que la fonction $f$ est solution de l'équation différentielle donnée.
a) $f(x) = 5e^{-4x}$ et $y' + 4y = 0$
b) $f(x) = 2e^{x} - 3$ et $y' = y + 3$
c) $f(x) = x^2 + 1$ et $y' = 2x$
Exercice 2 : Équations homogènes
Résoudre sur $\mathbb{R}$ les équations différentielles suivantes :
a) $y' + 5y = 0$
b) $y' = 0{,}3y$
c) $2y' - y = 0$
d) $y' + \dfrac{3}{4}y = 0$
Exercice 3 : Condition initiale
Déterminer la solution $f$ de chaque équation vérifiant la condition donnée :
a) $y' = -2y$ et $f(0) = 3$
b) $y' - y = 0$ et $f(1) = 2$
c) $3y' + y = 0$ et $f(3) = e$
Exercice 4 : Équations avec second membre
Résoudre sur $\mathbb{R}$ les équations différentielles suivantes :
a) $y' + 3y = 12$
b) $y' = 2y + 5$
c) $4y' + 2y = 1$
d) $y' = -0{,}1y + 2$
Exercice 5 : Second membre et condition initiale
Déterminer la solution $f$ vérifiant la condition donnée :
a) $y' + 2y = 4$ et $f(0) = 0$
b) $y' = 3y - 6$ et $f(0) = 1$
c) $y' + y = 1$ et $f(\ln 2) = 3$
Exercice 6 : Solution constante et limite
On considère l'équation $(E) : y' + 0{,}5y = 3$.
1) Déterminer la solution constante de $(E)$.
2) Résoudre $(E)$.
3) Montrer que toutes les solutions ont la même limite en $+\infty$.
4) Déterminer la solution $f$ telle que $f(0) = 10$ et étudier son sens de variation.
Exercice 7 : Croissance d'une population
Une population de bactéries, $N(t)$ (en milliers, $t$ en heures), vérifie $N' = 0{,}4N$ et $N(0) = 5$.
1) Déterminer $N(t)$.
2) Calculer la population au bout de $6$ heures (à l'unité près).
3) Au bout de combien de temps la population aura-t-elle doublé ?
Exercice 8 : Décharge d'un condensateur
La tension $u(t)$ (en volts, $t$ en ms) aux bornes d'un condensateur qui se décharge vérifie $2u' + u = 0$ avec $u(0) = 12$.
1) Déterminer $u(t)$.
2) Déterminer l'instant $t_1$ où la tension vaut $6$ V.
3) Déterminer $\lim\limits_{t \to +\infty} u(t)$.
Exercice 9 : Refroidissement
Un plat sort du four à $180$ °C dans une cuisine à $20$ °C. Sa température $\theta(t)$ (en °C, $t$ en min) vérifie $\theta' = -0{,}04(\theta - 20)$.
1) Montrer que $\theta$ est solution de $y' + 0{,}04y = 0{,}8$.
2) En déduire $\theta(t)$.
3) Au bout de combien de temps la température est-elle inférieure à $40$ °C ? (à la minute près)
Exercice 10 : Équation y' = ay + b et suite associée
Soit $f$ la solution de $y' = -y + 2$ telle que $f(0) = 0$.
1) Déterminer $f(x)$.
2) Étudier les variations de $f$ et sa limite en $+\infty$.
3) On pose $u_n = f(n)$ pour $n \in \mathbb{N}$. Montrer que $(v_n)$ définie par $v_n = 2 - u_n$ est géométrique.