Les équations différentielles dordre 2 sont de la forme générale .
Comme pour les équations différentielles dordre 1, on distingue les équations différentielles dordre 2 sans et avec second, puis les équations différentielles dordre 2 linéaires, sans et avec second membre.
La différence avec les équations différentielles dordre 1, tient au fait que la solution générale dépend cette fois-ci de deux constantes dintégration.
Ainsi, pour déterminer la solution particulière dun problème donné, il faudra disposer de deux conditions initiales, qui sont le plus souvent : et
, si
est une solution de léquation différentielle.
Lastuce consiste ici à poser , ce qui permet de se ramener à
, qui est une équation différentielle dordre 1.
Ainsi, on résout si cest possible dabord , ce qui donne
; puis on résout
, ce qui permet finalement dobtenir
.
Exemple :
« Résoudre léquation ![]() |
On pose encore , doù
ce qui nous ramène à considérer z comme une fonction inconnue de y. On est ainsi ramené à léquation :
avec
Exemple :
« Résoudre léquation ![]() |
On appelle ainsi une équation différentielle de la forme :
Ces équations ne se résolvent que si lon dispose dune solution particulière .
Remarque :
est solution particulière de toute équation différentielle de la forme :
à condition que .
Connaissant , on pose
, z devenant la nouvelle fonction inconnue de x. Il en résulte :
Ainsi :
On pose alors ce qui ramène à une équation différentielle dordre 1 à variables séparables :
Ainsi, .
Reste à résoudre , cest-à-dire
, ce qui conduit finalement à la solution générale de léquation différentielle de départ :
Exemple :
« Résoudre léquation ![]() |
On désigne ainsi une équation différentielle de la forme :
:
avec
des constantes
· Si , alors
devient
, ce qui donne
.
· Si , on peut poser
avec
, ce qui conduit à
. Cette équation admet deux solutions particulières simples
et
. La solution générale de
est donc
.
· Si , on pose alors
avec
, ce qui conduit à
. Cette équation admet deux solutions particulières simples
et
. La solution générale de
est donc
.
On revient donc à :
.
En inspirant de ce qui précède, on peut imaginer de chercher des solutions sous la forme avec r une constante.
En remplaçant dans
puis en simplifiant par
, on obtient léquation :
: équation caractéristique de
La nature des solutions de dépend alors de la nature des solutions de
.
On note le discriminant de léquation caractéristique.
· Si , alors
admet deux racines réelles distinctes
, et
admet deux solutions particulières
et
. La solution générale de
est donc
.
· Si , alors
admet une racine double
et
admet la solution particulière
. En posant
, on montre que la solution générale de
est
.
· Si , alors
admet deux racines complexes conjuguées
. La solution générale de
sécrit alors
.
Exemple :
« Résoudre léquation ![]() |
On appelle dans ce paragraphe des équations différentielles de la forme :
Ces équations ASM se résolvent en deux temps :
(1) On intègre dabord léquation SSM (§ 5.3.) ; on obtient .
(2) On résout léquation ASM en recherchant une solution particulière de
(voir Chapitre 6 § 6) et dans ce cas
.
Nous allons voir à partir dun exemple, comment mettre en uvre la recherche dune solution particulière.
Considérons léquation suivante :
:
1. Résolution de léquation SSM : voir exemple ci-dessus :
2. On cherche alors une solution sous la forme
,cest-à-dire une solution particulière de la forme du second membre ; on cherche alors les coefficients a, b, et c pour que
soit solution de
:
Ainsi :
En identifiant, avec
, on obtient :
On en déduit que est une solution particulière de
.
3. On conclut que la solution générale de est
, c'est-à-dire: