Exercice n°2

Partie

Question

Trouver une équation différentielle dont les graphes des solutions sont les lignes de niveau de la fonction

\(F(x,y)=(y-x)\textrm{exp}(-x)\)

(on doit trouver une équation linéaire très simple).

Solution détaillée

Lignes de niveau de la fonction \(F(x,y)=(y-x)\textrm{exp}(-x)\)

Si le graphe d'une fonction \(y(x)\) est inclus dans une ligne de niveau d'une fonction \(F(x,y)\), on a, pour tout \(x\),

\(F(x,y(x))=\textrm{Cte}\),

soit ici

\((y(x)-x)\textrm{exp}(-x)=\textrm{Cte}\)

En dérivant cette égalité, on trouve

\((y'-1-y+x)\textrm{exp}(-x)=0\)

Comme une exponentielle n'est jamais nulle, cela s'écrit aussi

\((y'-1-y+x=0)\),

soit finalement

\(y'=y-x+1\).

Vérification : Les solutions de cette dernière équation sont

\(y=C\textrm{exp}(x)+x\).

On a alors \((y-x)\textrm{exp}(-x)=C\), qui est bien une constante.