Définition 1 :
On appelle équation différentielle une relation entre les valeurs de la variable x et les valeurs dune fonction inconnue et de ses dérivées au point x.
On rappelle que :
- désigne la dérivée première de la fonction y par rapport à sa variable x ;
- désigne la dérivée seconde de la fonction y par rapport à sa variable x ;
- désigne la dérivée n-ième de la fonction y par rapport à sa variable x.
On dit que léquation différentielle est dordre n si elle contient la dérivée n-ième de y, et pas celles dordre supérieur :
- :
est une équation différentielle dordre n
- :
est une équation différentielle dordre 1
- :
est une équation différentielle dordre 2
Définition 2 :
Une solution dune équation différentielle est une fonction f continue et dérivable (jusquà lordre n pour une équation dordre n) dans un intervalle I donné, et telle que pour toute valeur x de I, les valeurs de f et de ses dérivées vérifient léquation.
Par exemple, la fonction f est une solution de léquation si :
,
La fonction f est une solution de léquation si :
,
Définitions 3 :
· La courbe représentative de la solution dune équation différentielle est une chronique ou courbe intégrale.
· Résoudre ou intégrer une équation différentielle cest trouver toutes ses solutions.
Léquation différentielle la plus simple est léquation :
Remarques :
· Les solutions de cette équation sont les primitives de la fonction ; mais si pour une fonction
continue nous savons que ces primitives existent, nous ne pouvons pas toujours en donner une expression simple à laide des fonctions élémentaires.
· Une équation différentielle admet une infinité de solutions (cest le cas en particulier de léquation ). Pour trouver la solution particulière du problème étudié, il faut tenir compte des conditions particulières (ou conditions initiales) que doit satisfaire la solution. Ainsi pour une équation du premier ordre comme
, la condition initiale sera en général que la solution f prend la valeur
en
:
.
Exemple :
Considérons léquation .
Soit la primitive de
.
Les solutions de léquations sont donc les fonctions , et il nexiste quune seule solution particulière telle que
.
Application :
Soit . Alors
avec ses primitives
.
Les solutions sont donc les fonctions avec
une constante.
Pour chercher la solution particulière telle que on écrit :
Ainsi, la solution particulière recherchée est la fonction définie par .