Les équations différentielles sont d’abord et avant tout une méthode simple et efficace de briller en société.

Imaginez le tableau : vous jouez à Pictionnary avec votre famille. A un moment donné, au lieu de dessiner un arrosoir ou une tarouple, vous écrivez une équation différentielle du premier degré non-homogène et sa résolution. Pour sûr, votre famille serait impressionnée.

A part ça, les équations différentielles sont des équations où les variables sont des fonctions.

Et qu’est-ce qu’on fait, avec une équation ? On la résout.

Premier degré

Homogène

Imaginons une équation différentielle homogène du premier degré :

Qu’est ce qui fait de cette équation une équation différentielle ?

La fonction  et sa dérivée  sont présentes.

Qu’est ce qui fait de cette équation différentielle une équation homogène ?

Toute l’équation est égale à zéro.

Et pourquoi on l’appelle homogène ?

Probablement parce qu’elle n’est pas hétérogène. Non, en fait, je ne sais pas.

Mais au fait, on a déjà résolu une équation différentielle comme ça, lors de la stratégie d’intégration par séparation des variables :

On sépare les variables :

On prend la primitive des deux côtés ; on n’oublie pas d’ajouter les constantes :

On résout pour :

Et on simplifie. On note que  est une constante, qu’on appellera .

Alors c’est quoi, la procédure de résolution d’une équation différentielle homogène du premier ordre, si on savait déjà le faire ?

bien, c’est exactement ça :

Pour toute équation différentielle de la forme :

 

La solution est :

… où  dépend des conditions initiales.

Toute cela n’explique pas grand-chose. Prenons un exemple numérique (avec des valeurs) :

,

Vous avez noté la condition initiale ? C’est que quand , .

Ici, j’ai une équation différentielle du premier ordre et une condition initiale.

J’applique la solution :

Puis la condition initiale :

La solution complète est donc :

Les équations différentielles ne sont donc pas si compliquées.

Pour l’instant.

Prenons un exemple en physique :

Un condensateur chargé est connecté à une résistance. Un courant se crée, et le condensateur se décharge.

La tension sur le condensateur dépend de sa capacitance et de la charge  qu’il contient :

La tension sur la résistance est donnée par la loi d’Ohm :

Et l’intensité est la charge passant par un point chaque seconde :

La loi des mailles énonce que la somme des tensions est nécessairement égale à zéro. On écrit donc :

On peut réorganiser cette expression pour qu’elle s’apparente à notre modèle d’équation différentielle du premier ordre :

On applique la solution :

La condition initiale est qu’a , le condensateur a une charge initiale .

On applique cette condition initiale à la solution :

Et on reporte la solution complète :

Cette fonction donne la charge sur un condensateur en fonction du temps.