Flashcards : Problème de Cauchy — 33 cartes

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1Question

Quelle différence existe entre équations différentielles linéaires et non linéaires en résolution?

Réponse

Les linéaires à coefficients constants sont souvent résolues analytiquement, les non linéaires nécessitent une résolution numérique.

2Question

Quelle équation vérifie la vitesse d'un projectile soumis à pesanteur et frottement?

Réponse

mv(t)=mgkvvm v'(t)=mg-k|v|v avec v(0)=v0v(0)=v_0.

3Question

Pourquoi utilise-t-on des méthodes numériques pour les problèmes différentiels?

Réponse

Pour calculer une solution approchée quand la solution analytique est difficile à obtenir.

4Question

Qu'est-ce qu'un problème à valeur initiale en équations différentielles?

Réponse

Une équation différentielle d'ordre 1 avec une condition initiale y(t0)=xy(t_0)=x.

5Question

Qu'est-ce qu'un problème de Cauchy ?

Réponse

C'est déterminer une fonction y:[a,b]Ry:[a,b]\to\mathbb{R} vérifiant y(t)=f(t,y(t))y'(t)=f(t,y(t)) et y(a)=αy(a)=\alpha.

6Question

Que représente la variable t dans un problème de Cauchy ?

Réponse

t représente le temps.

7Question

Sur quel domaine la fonction f est-elle définie dans un problème de Cauchy ?

Réponse

f est définie sur [a,b]×R[a,b]\times\mathbb{R}.

8Question

Quelle est la condition initiale dans un problème de Cauchy ?

Réponse

La condition initiale est y(a)=αy(a)=\alpha avec αR\alpha\in\mathbb{R}.

9Question

Quelle est la solution unique du problème y(t)=ty(t), y(0)=1y'(t)=t y(t),\ y(0)=1 sur [0,1][0,1] ?

Réponse

La solution unique est y(t)=et2/2y(t)=e^{t^2/2}.

10Question

Qu'impose la condition de Lipschitz sur une fonction f(t,y) ?

Réponse

Elle impose f(t,y1)f(t,y2)Ly1y2|f(t,y_1)-f(t,y_2)|\le L|y_1-y_2| pour tous les couples de D.

11Question

Quelle constante Lipschitz pour f(t,y)=t|y| sur D avec 1≤t≤2 et -3≤y≤4 ?

Réponse

La constante Lipschitz est L=2L=2.

12Question

Quelle inégalité permet de majorer les différences de valeurs absolues ?

Réponse

x1x2x1x2x1+x2||x_1|-|x_2||\le|x_1-x_2|\le|x_1|+|x_2|.

13Question

Qu'impose la convexité d'un domaine DR2D\subset\mathbb{R}^2 ?

Réponse

Le segment entre deux points de D est entièrement contenu dans D.

14Question

Quelle condition sur fy\frac{\partial f}{\partial y} garantit que f est lipschitzienne en y sur un domaine convexe ?

Réponse

fy(t,y)L\left|\frac{\partial f}{\partial y}(t,y)\right|\le L avec fy\frac{\partial f}{\partial y} continue sur D.

15Question

Quelle propriété de f découle de fy(t,y)L\left|\frac{\partial f}{\partial y}(t,y)\right|\le L sur un domaine convexe ?

Réponse

f est lipschitzienne par rapport à y avec la constante L.

16Question

Quelle est la fonction ff de l'exemple sur le rectangle précédent ?

Réponse

f(t,y)=t2cos(t)yf(t,y)=t^2\cos(t)y.

17Question

Quelle borne pour fy\left|\frac{\partial f}{\partial y}\right| est vérifiée dans l'exemple ?

Réponse

fy=t2cos(t)4\left|\frac{\partial f}{\partial y}\right|=|t^2\cos(t)|\le 4.

18Question

Quelle constante de Lipschitz est associée à f(t,y)=t2cos(t)yf(t,y)=t^2\cos(t)y sur le rectangle ?

Réponse

La constante de Lipschitz est L=4L=4.

19Question

Qu'impose la continuité et la condition de Lipschitz sur f dans le théorème de Cauchy-Lipschitz ?

Réponse

Le problème de Cauchy admet une solution unique de classe C1C^1.

20Question

Quel est le domaine convexe DD dans le théorème de Cauchy-Lipschitz ?

Réponse

D={(t,y):atb, <y<+}D=\{(t,y):a\le t\le b,\ -\infty<y<+\infty\}.

21Question

Quelle est la condition sur ff pour garantir l'unicité de la solution dans le théorème de Cauchy-Lipschitz ?

Réponse

ff est lipschitzienne par rapport à yy sur DD.

22Question

Quelle est la fonction ff dans l'exemple y(t)=1+tsin(ty)y'(t)=1+t\sin(ty) ?

Réponse

f(t,y)=1+tsin(ty)f(t,y)=1+t\sin(ty).

23Question

Quelle borne sur fy\left|\frac{\partial f}{\partial y}\right| garantit l'unicité dans l'exemple ?

Réponse

fy4\left|\frac{\partial f}{\partial y}\right|\le4.

24Question

Quelle condition initiale est donnée dans l'exemple pour y(t)=1+tsin(ty)y'(t)=1+t\sin(ty) ?

Réponse

y(0)=0y(0)=0.

25Question

Quelles conditions définissent un problème de Cauchy bien posé ?

Réponse

Il admet une solution unique dépendant continûment de α et f.

26Question

Quelle inégalité borne la perturbation δ(t) dans le problème perturbé ?

Réponse

Elle vérifie δ(t)<ε|\delta(t)|<\varepsilon.

27Question

Quelle inégalité borne la perturbation initiale ε0\varepsilon_0 dans le problème perturbé ?

Réponse

Elle vérifie ε0<ε|\varepsilon_0|<\varepsilon.

28Question

Quelle conséquence existe si δ(t)<ε|\delta(t)|<\varepsilon et ε0<ε|\varepsilon_0|<\varepsilon ?

Réponse

Il existe K>0K>0 tel que z(t)y(t)Kε|z(t)-y(t)|\le K\varepsilon sur [a,b][a,b].

29Question

Que se passe-t-il lorsque ε\varepsilon tend vers 0 pour la solution perturbée ?

Réponse

Elle converge vers la solution exacte du problème de Cauchy.

30Question

Quelle est la solution exacte de y(t)=yt2+1y'(t)=y-t^2+1 avec y(0)=12y(0)=\frac12 sur [0,2][0,2] ?

Réponse

La solution exacte est y(t)=(t+1)212ety(t)=(t+1)^2-\frac12 e^t.

31Question

Quelle est la solution du problème perturbé z(t)=z(t)t2+1+δz'(t)=z(t)-t^2+1+\delta avec z(0)=12+ε0z(0)=\frac12+\varepsilon_0 ?

Réponse

La solution est z(t)=(δ+ε012)et+(t+1)2δz(t)=(\delta+\varepsilon_0-\frac12)e^t+(t+1)^2-\delta.

32Question

Quelle inégalité lie z(t)y(t)|z(t)-y(t)| à ε\varepsilon sur [0,2][0,2] si δ<ε|\delta|<\varepsilon et ε0<ε|\varepsilon_0|<\varepsilon ?

Réponse

On a z(t)y(t)(2e2+1)ε|z(t)-y(t)|\le(2e^2+1)\varepsilon.

33Question

Que montre le choix K=2e2+1>0K=2e^2+1>0 concernant la solution perturbée ?

Réponse

Il montre que la solution perturbée converge vers la solution exacte quand ε\varepsilon tend vers 0.

Teste-toi avec le QCM

Teste tes connaissances avec un QCM de 16 questions sur Problème de Cauchy.

1. Pourquoi de nombreuses équations différentielles non linéaires sont-elles résolues numériquement ?

2. Quelle propriété montre que l'équation mv(t)=mgkvvm v'(t)=mg-k|v|v d'un projectile est non linéaire en vv ?

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