Notation vectorielle

Considérons un système de la forme \(x_i' = f_i(t, x_1, x_2, .. x_n) (i = 1, ..., n)\).

Notons \(X(t)\), ou simplement \(X\), le vecteur de Rn de coordonnées (\(x_1, x_2, .. x_n\)) (ces coordonnées dépendant de \(t\)) et \(X'\) le vecteur dérivé (\(x_1', x_2', ...,x_n'\)).

Le système peut alors s'écrire \(X' = F(t, X)\), où \(F\) est l'application de \(R \times R^n\) dans \(R^n\) qui, à \(t, x_1, x_2, ... ,x_n\) fait correspondre le vecteur

\(\displaystyle{\left[\begin{array}{ccc}f_1(t,x_1,...,x_n) \\ f_2(t,x_1,...,x_n) \\ \vdots \\ f_n(t,x_1,...,x_n)\end{array}\right.}\)

De façon générale, nous noterons les vecteurs et fonctions vectorielles par des lettres majuscules, les scalaires et fonctions scalaires par des minuscules. Une solution du système \(X' = F(t, X)\) est alors une fonction \(U(t)\) définie sur un intervalle \(I\) de \(R\), à valeurs dans \(R^n\), dérivable sur \(I\) (c'est-à-dire que chaque fonction coordonnée est dérivable sur \(I\) ) et vérifiant, pour tout \(t \in I, U'(t) = F(t, U(t)).\)

L'avantage de cette notation est qu'elle permet d'écrire un système de dimension \(n\) comme une simple équation différentielle dans \(R^n\).

Si le système est autonome[1], c'est-à-dire que les fonctions \(fi\) ne dépendent pas de \(t\), le système s'écrit \(X' = F(X)\)\(F\) est une application de \(R^n\) dans \(R^n\).

ExempleExemple 1 :

Le système

\(\displaystyle{\left\{\begin{array}{ll}x'=y \\ y'=-x\end{array}\right.}\)

est autonome. Il peut s'écrire \(X' = F(X)\)\(F\) est l'application linéaire de \(R^2\) dans \(R^2\) représentée par la matrice

\(A = \displaystyle{\left(\begin{array}{cc}0 & 1\\ -1 & 0\end{array}\right)}\)

On écrit plutôt ce système \(X' = AX\).

ExempleExemple 2 :

le système

\(\displaystyle{\left\{\begin{array}{ll}x'=x^2-ty \\ y'=\textrm{sin}(xy)+t^2\end{array}\right.}\)

n'est pas autonome. Il peut s'écrire \(X' = F(t,X)\)\(F\) est l'application de \(R \times R^2\) dans\(R^2\) définie par ses fonctions coordonnées

\(\displaystyle{\left\{\begin{array}{llll}f_1(t,x,y) &=& x^2 - ty\\ f_2(t,x,y) & =&\sin(xy)+t^2\end{array}\right.}\)