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☆ À n'ouvrir qu'en cas d'urgence ☆

\(g'(t)=\dfrac{f'(t)}{f(t)} = -\dfrac{1}{20}[3-\ln(f(t))] = \dfrac{1}{20}\ln(f(t))+\dfrac{3}{20} = \...

Sommaire

☛ Équation différentielle avec changement de variable (Pondichéry, avril 2006)

☛ Équation différentielle avec changement de variable (Pondichéry, avril 2006)

1.
g′(t)=f′(t)f(t)=−120[3−ln⁡(f(t))]=120ln⁡(f(t))+320=120g(t)+320g'(t)=\dfrac{f'(t)}{f(t)} = -\dfrac{1}{20}[3-\ln(f(t))] = \dfrac{1}{20}\ln(f(t))+\dfrac{3}{20} = \dfrac{1}{20}g(t)+\dfrac{3}{20}g′(t)=f(t)f′(t)​=−201​[3−ln(f(t))]=201​ln(f(t))+203​=201​g(t)+203​
Réciproquement,
\begin{array}[t]{lcl}g'(t) = \dfrac{1}{20}g (t) - \dfrac{3}{20} & \Leftrightarrow & \dfrac{f'(t)}{f(t)} = \dfrac{1}{20}\ln(f(t)) - \dfrac{3}{20} \\ g'(t) = \dfrac{1}{20}g (t) - \dfrac{3}{20} & \Leftrightarrow & f'(t)=f(t)\left(\dfrac{1}{20}\ln(f(t)) - \dfrac{3}{20}\right) = -\dfrac{1}{20}f(t)\left[3-\ln(f(t))\right]\end{array}
2.
t↦Cet20+3t\mapsto C\text e^{\frac{t}{20}}+3t↦Ce20t​+3
, où
CCC
est un réel.
3.Comme
fff
est solution de
(E)\mathrm{(E) }(E)
 alors
ln⁡(f)\ln(f)ln(f)
est solution de
(H)\mathrm{(H)}(H)
. Donc il existe un réel
CCC
tel que pour tout réel
ttt
,
ln⁡(f(t)=Cet20+3\ln(f(t)=C\text e^{\frac{t}{20}}+3ln(f(t)=Ce20t​+3
. Alors
f(t)=eCet20+3f(t)=\text e^{C\text e^{\frac{t}{20}}+3}f(t)=eCe20t​+3
.
4.a.Lorsque
t→+∞t\to+\inftyt→+∞
,
t20→+∞\dfrac{t}{20}\to +\infty20t​→+∞
, puis par composition
exp⁡(t20)→+∞\exp\left(\dfrac{t}{20}\right) \to +\inftyexp(20t​)→+∞
.
Par produit, 
−3exp(t20)→−∞- 3 \text{exp}\left(\dfrac{t}{20}\right) \to -\infty−3exp(20t​)→−∞
.
Par somme, 
3−3exp(t20)→−∞3 - 3 \text{exp}\left(\dfrac{t}{20}\right)\to -\infty3−3exp(20t​)→−∞
.
Enfin, par composition
lim⁡t→+∞f(t)=0\displaystyle \lim_{t\to+\infty} f(t)=0t→+∞lim​f(t)=0
.
b. Par dérivée d'une composée, pour tout réel
t⩾0t\geqslant 0t⩾0
,
f′(t)=(−320et20)e3−3exp⁡(t20)f'(t)=\left(-\dfrac{3}{20}\text e^{\frac{t}{20}}\right)\text e^{3-3\exp\left(\frac{t}{20}\right)}f′(t)=(−203​e20t​)e3−3exp(20t​)
.
Or, pour tout réel
t⩾0t\geqslant 0t⩾0
, 
−320et20<0-\dfrac{3}{20}\text e^{\frac{t}{20}}<0−203​e20t​<0
, donc pour tout réel
t⩾0t\geqslant 0t⩾0
,
f′(t)<0f'(t)<0f′(t)<0
.
Donc
fff
est décroissante sur
[0 ;+∞[[0~;+\infty[[0 ;+∞[
.
c.
f(t)<0,02⇔3−3et20<ln⁡(0,02)⇔1−13ln⁡(0,02)<et20⇔20ln⁡[1−13ln⁡(0,02)]<tf(t)<0{,}02 \Leftrightarrow 3-3\text e^{\frac{t}{20}}<\ln(0{,}02) \Leftrightarrow 1-\dfrac13\ln(0{,}02)<\text e^{\frac{t}{20}}\Leftrightarrow 20\ln\left[1-\dfrac13\ln(0{,}02)\right]<tf(t)<0,02⇔3−3e20t​<ln(0,02)⇔1−31​ln(0,02)<e20t​⇔20ln[1−31​ln(0,02)]<t