On propose deux méthodes, toutes les deux par analyse-synthèse. Méthode 1 : Analyse : Soit f une telle solution. On rappelle que l’ensemble des fonctions impaires et paires continues sont supplémentaires dans C2(R,R). On décompose f sous la forme f=φ+ψ avec φ paire et ψ impaire. On obtient alors φ′′(x)+φ(x)+ψ′′(x)−ψ(x)=0+xpuisque φ′′ est paire et ψ′′ impaire on en déduit par unicité de la décomposition que φ′′(x)+φ(x)=0 et que ψ′′(x)−ψ(x)=x.L’ensemble des solutions de y′′+y=0 est Vect(sin,cos) et l’ensemble des solutions de y′′−y=x est {x↦−x+λex+μe−x∣λ,μ∈R}. La fonction φ étant paire elle s’écrit φ(x)=λcos(x) et ψ étant impaire elle s’écrira sous la forme ψ(x)=−x+μsinh(x). On en déduit que f(x)=−x+λcos(x)+μsinh(x). Synthèse : On pose f(x)=−x+λcos(x)+μsinh(x) et on vérifie facilement qu’elle est bien solution de l’équation.
Méthode 2 : Analyse : On remarque que f′′(x)=x−f(−x) de telle sorte que f′′ est de classe C2 comme somme et composée de fonction de classe C2, i.e. f est de classe C4. En dérivant deux fois de plus on a alors f(4)(x)+f′′(−x)=f(4)+(−x−f(x))=f(4)−f(x)=x.Ainsi f est solution de l’équation (E):y(4)−y=x. On commence par résoudre l’équation homogène, donc par résoudre l’équation caractéristique r4−1=0 qui a pour solution r∈{−1,1,−i,i}. Les solutions de l’équation homogène sont donc de la forme yh(x)=λex+μe−x+γeix+δe−ix,(λ,μ,γ,δ)∈C4 ou encore yh(x)=aex+be−x+ccos(x)+dsin(x),(a,b,c,d)∈R4.Par ailleurs, une solution évidente de (E) est y0(x)=−x. On sait alors qu’il existe (a,b,c,d)∈R4 tels que f(x)=−x+aex+be−x+ccos(x)+dsin(x).On a alors ∀x∈R, x=f′′(x)+f(−x)=aex+be−x−ccos(x)−dsin(x)+x+ae−x+bex+ccos(x)−dsin(x)donc x=+(a+b)ex+(a+b)e−x−2dsin(x)0=(a+b)ch(x)−2dsin(x).En évaluant en x=0 on a+b=0, puis, en évaluant en x=2π on a d=0. On conclut notre analyse en affirmant que f est de la forme f(x)=−x+asinh(x)+ccos(x).Synthèse : On pose f(x)=−x+asinh(x)+ccos(x). On a alors f′′(x)+f(−x)=asinh(x)−ccos(x)+x−asinh(x)+ccos(x)=x.L’ensemble des solutions de l’équation demandée est alors S={x⟼−x+asinh(x)+ccos(x)∣(a,c)∈R2}.
No messages yet.