Primitives et équations différentielles

Exercices, quiz et cours - Niveau Terminale Spécialité.

Basique

5 exercices

Primitives de fonctions usuelles

Basique
  1. Déterminer une primitive sur $\R$ de la fonction $f:x \mapsto 5x+3$
  2. Déterminer une primitive sur $\R$ de la fonction $f:x \mapsto 2e^x-5x^2+\dfrac{x}{2}$
  3. La fonction définie par $F:x \mapsto \dfrac{4x+1}{x-2}$ est-elle une primitive de $f:~x \mapsto \dfrac{9}{(x-2)^2}$.
  4. La fonction définie par $F:x \mapsto x(ln(x)-1)+5$ est-elle une primitive de $f:~x \mapsto ln(x)$.

Vérifier qu'une fonction est solution d'une équation différentielle

Basique

Déterminer dans chacun des cas suivants si la fonction proposée est solution de l'équation différentielle qui lui est associée.

  1. $f:x \mapsto 3x^2-\dfrac{5}{x}+7$ et $(E):~y'=6x-\dfrac{5}{x^2}$
  2. $f:x \mapsto 4x^3-7x^2+8x+1$ et $(E):~y'+y=4x^3+5x^2-6x+9$
  3. $f:x \mapsto 3e^{-2x}$ et $(E):~y'=-2y$
  4. $f:x \mapsto ln(x^2-x-6)$ et $(E):~y'=\dfrac{2x-1}{x^2-x-6}$

Des primitives spécifiques

Basique

Déterminer dans chacun des cas suivants la primitive de la fonction qui vérifie la condition spécifiée.

  1. Trouver la primitive de $f:x \mapsto \dfrac{2}{x}+cos(x)$ qui s'annule en $\pi$
  2. Trouver la primitive $G$ de $g:x \mapsto e^{2x}(e^{-x}-e^{x})$ telle que $G(1)=-1$
  3. Trouver la primitive $H$ de $h:x \mapsto \dfrac{1}{x}+\dfrac{1}{x^2}-\dfrac{1}{x^3}$ telle que $H(4)=1$
  4. Trouver la primitive $F$ de $f:x \mapsto \dfrac{1}{2x-1}$ telle que $F(2)=0$

Équations différentielles de la forme $y'=ay$

Basique

Résoudre les équations différentielles suivantes avec la condition spécifiée.

  1. $4y'+y=0$ avec $y(2)=3$
  2. $5y'-2y=0$ avec $y'(-1)=1$
  3. $\dfrac{y'-3y}{2}=-y$ avec $y(0)=4$
  4. $\dfrac{2}{3}y'+\dfrac{\sqrt{2}y}{5}=0$ avec $y'(1)=5$

Équations différentielles de la forme $y'=ay+b$

Basique

Résoudre les équations différentielles suivantes avec la condition spécifiée.

  1. $3y'=6y-5$ avec $y(1)=2$
  2. $2y'-3y-3=0$ avec $y(3)=0$
  3. $y'+3y-5=2y'-y+1$ avec $y'(0)=5$
  4. $3(ey'-y)=\sqrt{2}y+6$ avec $y(0)=-2$

Avance

4 exercices

Equation différentielle avec cosinus et sinus

Avancé

On considère l'équation différentielle:$$(E):~y'=2y+cos(x)$$

  1. Déterminer deux nombres réels $a$ et $b$ tels que la fonction $f_0$ définie sur $\R$ par: $$f_{0}(x)=acos(x)+bsin(x)$$ soit une solution $f_0$ de $(E)$.
  2. Résoudre l'équation différentielle $(E_0):~y'=2y$.
  3. Démontrer que $f$ est solution de $(E)$ si et seulement si $f-f_0$ est solution de $(E_0)$.
  4. En déduire les solutions de $(E)$.
  5. Déterminer la solution $k$ de $(E)$ vérifiant $k(\frac{\pi}{2})=0$.

Equation différentielle en physique: mouvement d'un chariot

Avancé

Un chariot de masse 200 kg se déplace sur une voie rectiligne et horizontale. Il est soumis à une force d'entraînement constante $\vec{F}$ de valeur 50 N.
Les forces de frottement sont proportionnelles à la vitesse et de sens contraire; le coefficient de proportionnalité a pour valeur absolue $25~N.m^{-1}.s$.
La position du chariot est repérée par la distance $x$, en mètres, du point $H$ à l'origine $O$ du repère en fonction du temps $t$, exprimé en secondes. On prendra $t$ dans l'intervalle $[0;~+\infin[$. Les lois de Newton conduisent à l'équation différentielle du mouvement: $$(E)~~25x'+200x''=50,~où$$ $x'$ est la dérivé de $x$ par rapport au temps $t$,
$x''$ est la dérivé seconde de $x$ par rapport au temps $t$.

  1. On note $v(t)$ la vitesse du chariot au temps $t$; on rappelle que $v(t)=x'(t)$.
    Prouver que $x$ est solution de $(E)$ si et seulement si $x'$ est solution de l'équation différentielle $$(F)~~v'=-\dfrac{1}{8}v+\dfrac{1}{4}$$
  2. On suppose que, à l'instant $t=0$, on a: $x(0)=0$ et $x'(0)=0$.
    1. Calculer, pour tout nombre réel $t$ positif, $x'(t)$.
    2. En déduire que l'on a, pour tout nombre réel $t$ positif:$$x(t)=2t-16+16e^{\frac{-t}{8}}$$
  3. Calculer $V=\lim\limits_{t \to +\infin }v(t)$. Pour quelles valeurs de $t$ la vitesse du chariot est-elle inférieure ou égale à $90%$ de sa valeur limite $V$?
  4. Quelle est la distance parcourue par le chariot au bout de 30 secondes? On exprimera cette distance en mètres, au décimètre près.

Décomposer pour trouver une primitive

Avancé

On considère la fonction $f$ définie par:$$f(x)=\dfrac{x^2+2x+5}{x^2-3x+2}$$

  1. Montrer que $x^2-3x+2=(x-1)(x-2)$
  2. Déterminer deux nombres réels $a$ et $b$ tels que:$$f(x)=1+\dfrac{a}{x-1}+\dfrac{b}{x-2}$$
  3. Déterminer une primitive de $f$ sur $]-1;~+\infin[$.
  4. En utilisant cette méthode, déterminer une primitive de la fonction $g(x)=\dfrac{1}{x^2-1}$ sur l'intervalle $]1;~+\infin[$

Résoudre une équation différentielle en introduisant une nouvelle fonction

Avancé

Soit $g(x)$ le nombre, exprimé en millions, de personnes qui possèdent un smartphone.
On pose $x=0$ en 2008, $g(0)=1$ et $g$ est une solution qui ne s'annule pas sur $[0;~+\infin[$, de l'équation différentielle: $$(E):~y'=\dfrac{1}{20}y(10-y)$$

  1. On considère une fonction $y$ qui ne s'annule pas sur $[0;~+\infin[$ et on pose $z=\dfrac{1}{y}$
    1. Montrer que $y$ est solution de $(E)$ si et seulement si $z$ est solution de l'équation différentielle: $$(E_1):~~z'=-\dfrac{1}{2}z+\dfrac{1}{20}$$
    2. Résoudre l'équation $(E_1)$ et en déduire les solutions de l'équation $(E)$.
  2. Montrer que $g$ est définie sur $[0;~+\infin[$ par $g(x)=\dfrac{10}{9e^{-\frac{1}{2}x}+1}$.
  3. Étudier les variations de $g$ sur $[0;~+\infin[$.
  4. Calculer la limite de $g$ en $+\infin$ et interpréter le résultat.
  5. En quelle année selon ce modèle le nombre de personnes possédant un smartphone dépassera-t'il 5 millions?