Chapitre 20 : Equations et Systèmes Différentiels

4 Solutions Approchées d'une Equation Différentielle

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4 Solutions Approchées d'une Equation Différentielle

4.1 Méthode d'Euler pour une équation différentielle du premier ordre

Le principe de la méthode d'Euler est très simple. On va l'appliquer à une équation différentielle du premier ordre :

$\displaystyle \dfrac{\,dy}{\,dx}$

$\displaystyle =f(x,y)$

   

$\displaystyle y\left( x_{0}\right)$

$\displaystyle =y_{0}$

   


On cherche une solution approchée vérifiant la condition initiale. Pour cela, on choisit un pas $ \Delta x$, on écrit :

$\displaystyle \Delta y=f(x_{0},y_{0})\times\Delta x $

et on approxime :    $ y\left( x_{0}+\Delta x\right) \simeq y\left( x_{0}\right) +\Delta y $. On pose alors :

$\displaystyle x_{1}$

$\displaystyle =x_{0}+\Delta x$

   

$\displaystyle y_{1}$

$\displaystyle =y_{0}+\Delta y$

   


Ensuite, on calcule :    $ \Delta y=f(x_{1},y_{1})\times\Delta x $, et on pose :

$\displaystyle x_{2}$

$\displaystyle =x_{1}+\Delta x$

   

$\displaystyle y_{2}$

$\displaystyle =y_{1}+\Delta y$

   


On recommence jusqu'à avoir une solution approchée sur l'intervalle désiré.

4.2 Autres équations différentielles

La méthode d'Euler est applicable aux autres équations différentielles et systèmes différentiels.
Avec, par exemple, une équation différentielle du second ordre :

$\displaystyle \dfrac{\,d^{2}y}{\,dx^{2}}$

$\displaystyle =f\left( x,y,\dfrac{\,dy}{\,dx}\right)$

   

$\displaystyle y\left( x_{0}\right)$

$\displaystyle =y_{0}$

   

$\displaystyle \dfrac{\,dy}{\,dx}\left( x_{0}\right)$

$\displaystyle =y_{0}^{\prime}$

   


On choisit $ \Delta x$, avec les approximations, on pose : \begin{displaymath}\left\{ \begin{array}[c]{l} x_{1}=x_{0}+\Delta x\\ y_{1}=... ...0},y_{0}^{\prime}\right) \times\Delta x \end{array} \right. \end{displaymath} On recommence ensuite à partir de $ x_{1},y_{1}$ et $ y_{1}^{\prime}$... pour calculer $ x_{2},y_{2}$ et $ y_{2}^{\prime}$...

4.3 Problèmes de la méthode

La méthode d'Euler a l'avantage de toujours être applicable.
L'inconvénient essentiel est du à l'accumulation des erreurs qui peuvent faire que, rapidement, la fonction calculée point par point n'a plus de rapport avec la solution cherchée. Géométriquement, il est facile d'observer que si les courbes intégrales ont de fortes courbures en certains points, la méthode dérive vite et donne des courbes sans rapport avec les courbes intégrales.
Par ailleurs, un petit pas allonge les calculs et un grand pas augmente les erreurs...


© Christophe Caignaert - Lycée Colbert - Tourcoing