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Équations différentielles partielles (EDP)

1750
  • Jean le Rond d’Alembert
  • Leonhard Euler
  • Daniel Bernoulli
Discussion historique sur les équations différentielles partielles par des mathématiciens dans un bureau.

Une équation différentielle partielle (EDP) est une équation qui impose des relations entre les différentes dérivées partielles d'une fonction multivariable. La fonction est souvent appelée l'inconnue, et une EDP décrit une relation entre cette fonction inconnue et ses dérivées. Contrairement aux équations différentielles ordinaires (EDO), qui impliquent des fonctions d'une seule variable, les EDP sont fondamentales pour modéliser des systèmes multidimensionnels.

Une équation aux dérivées partielles (EDP) pour une fonction [latex]u(x_1, points, x_n)[/latex] est une équation de la forme [latex]F(x_1, points, x_n, u, frac{partial u}{partial x_1}, points, frac{partial u}{partial x_n}, frac{partial^2 u}{partial x_1 partiel x_1}, points) = 0[/latex]. Cette formulation exprime une relation entre une fonction inconnue [latex]u[/latex] de plusieurs variables indépendantes et ses dérivées partielles. L'"ordre" de l'EDP est déterminé par la dérivée d'ordre supérieur présente dans l'équation. Par exemple, une équation contenant une dérivée seconde mais pas de dérivée supérieure est une EDP d'ordre 2.

Les EDP sont classées en fonction de propriétés qui aident à déterminer la nature de leurs solutions. La linéarité est l'une de ces propriétés. Une EDP est "linéaire" si elle est linéaire par rapport à la fonction inconnue et à toutes ses dérivées. Par exemple, [latex]a(x,y)u_{xx} + b(x,y)u_{yy} = f(x,y)[/latex] est linéaire. Si les coefficients dépendent de [latex]u[/latex] ou de ses dérivées, l'équation devient non linéaire. Les EDP non linéaires sont notoirement difficiles à résoudre et présentent souvent des comportements complexes tels que des ondes de choc ou des solitons.

L'étude des EDP est une vaste branche des mathématiques, cruciale pour la modélisation des phénomènes dans les domaines de la science et de l'ingénierie. Trouver une "solution" signifie identifier une fonction qui satisfait l'équation, souvent soumise à des conditions limites ou initiales spécifiques qui contraignent le problème à une situation physique unique. Le développement de méthodes pour trouver et analyser ces solutions, à la fois analytiquement et numériquement, est un thème central des mathématiques depuis le XVIIIe siècle.

UNESCO Nomenclature: 1102
- Analyse

Type

Système abstrait

Perturbation

Révolutionnaire

Utilisation

Une utilisation répandue

Précurseurs

  • développement du calcul par newton et leibniz
  • formulation d'équations différentielles ordinaires (odes)
  • introduction des dérivées partielles par euler et d'alembert
  • les lois du mouvement de newton et gravitation universelle

Applications

  • dynamique des fluides (équations de Navier-Stokes)
  • électromagnétisme (équations de maxwell)
  • quantique mécanique (Schrödinger équation)
  • relativité générale (équations du champ d'Einstein)
  • modélisation financière (équation de Black-Scholes)

Brevets :

NA

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En rapport avec : pde, dérivée partielle, équation différentielle, modélisation mathématique, analyse, calcul multivariable, problème de valeur limite, problème de valeur initiale.

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