BotafogoChamp de directions
Soient I⊂R un intervalle réel et une EDO du premier ordre à résoudre : y′=f(t,y), où
- t est la variable indépendante, t∈I ;
- y=y(t) est une fonction solution cherchée et supposée continûment différentiable sur I, y:I→R ;
- f(t,y) est une fonction donnée de t et y, f:I×R→R.
Définition 1.1. Un champ de directions est une représentation graphique de la fonction y′=f(t,y) avec t en abscisse et y en ordonnée.
Exemple 1.2. Considérons la fonction f(t,y)=2t et le problème de Cauchy associé (sans préciser la condition initiale) : y′=2t. La solution à ce problème est la famille de fonctions y(t)=t2+A, ouˋ A est une constante. Le champ de directions de y′=2t permet de visualiser le comportement des fonctions solutions avant même d’effectuer le moindre calcul (analytique ou numérique) :
On remarque bien que, pour une valeur donnée de t, la pente de la fonction solution est la même pour toute valeur de y car y′ ne dépend pas explicitement de y. D’autre part, on vérifie que y(t)=t2−2 est ici une solution du problème de Cauchy considéré avec la condition initiale y(0)=−2. Cette solution particulière est en tout point de son graphe (dessiné ici en rouge) tangente au champ de directions.
Dans le problème de Cauchy, le système évolue à partir de y0, selon la dérivée y′.Le champ de directions est un outil qui permet de visualiser cette évolution. Il permet en quelque sorte de “visualiser” l’EDO.
Polycopié rédigé par Roger Sauser, CMS. Sauf indication contraire, le contenu de ce document est soumis à une licence Creative Commons internationale, Attribution - Utilisation non commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0).
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