Résoudre une équation du 2d degré dans C

Exemple Système oscillant

La position \(x\) d'un système masse-ressort qui se déplace autour de sa position d'équilibre est décrit par l'équation différentielle : \(x'' + 2\lambda x'+\omega^2 x=0\).

La position \(x\) est une fonction du temps t et \(\lambda\) et \(\omega\) sont deux constantes positives telles que \(\lambda < \omega\).

Le polynôme caractéristique de cette équation différentielle s'écrit : \(r^2 + 2\lambda r+\omega^2 \)

Calculer toutes les solutions de l'équation qui annule le polynôme caractéristique de l'équation différentielle.

Explication

Pour déterminer les solutions, on calcule le discriminant et selon son signe, on écrit les solutions.

Calcul littéral :

  • Le discriminant est \(\Delta = (2\lambda)^2 - 4 \omega^2= 4\lambda^2-4\omega^2=4(\lambda^2-\omega^2)\)

  • Comme \(\lambda < \omega\) alors \(\Delta<0\)

  • Les solutions sont donc \(r_1=-\lambda +\text{i} \sqrt {\omega^2-\lambda^2}\) et \(r_2=-\lambda - \text{i} \sqrt {\omega^2-\lambda^2}\)

On écrit parfois que les solutions sont \(r=-\lambda \pm \text{i} \sqrt {\omega^2-\lambda^2}\)

Méthode Résolution d'une équation du second degré dans C

  1. On se ramène à la forme canonique \(ax^2+bx+c=0\) et on identifie les termes qui jouent le rôle de \(a\), \(b\) et \(c\) en mathématiques.

  2. On calcule le discriminant : \(\Delta=b^2-4ac\)

  3. On étudie son signe

    Si \(\Delta\) est positif ou nul : l'équation a une ou deux solutions réelles (voir fiche méthode précédente),

    Si \(\Delta\) est négatif : l'équation a 2 solutions complexes :

    \( x_1 = \dfrac{-b-\text{i}\sqrt -\Delta}{2a}\) et \( x_2 = \dfrac{-b+\text{i}\sqrt -\Delta}{2a}\)

  4. On calcule les solutions

  5. On réorganise les résultats si nécessaire :

    Simplifier

    Séparer les parties réelle et imaginaire si nécessaire

Attention

Lorsque le discriminant \(\Delta\) est négatif

  • Par exemple : \(\Delta =-36\),

Alors \(-\Delta\) est bien un nombre positif et \(\sqrt {-\Delta}\) existe dans \(\mathbb R\)

  • Dans l'exemple précédent, on a : \(-\Delta=-(-36)=36\) et \(\sqrt{-\Delta}=\sqrt{36}=6\)

Remarque Des solutions conjuguées

Les 2 solutions complexes d'une équation à coefficient réels sont conjuguées.