Chapitre 14 : Nombres complexes et géométrie

Documents pareils
Représentation géométrique d un nombre complexe

Exercices - Nombres complexes : corrigé. Formes algébriques et trigonométriques, module et argument

Rappels et compléments, première partie : Nombres complexes et applications à la géométrie

NOMBRES COMPLEXES. Exercice 1 :

Baccalauréat S Nombres complexes Index des exercices sur les complexes de septembre 1999 à juin 2012 Tapuscrit : DENIS VERGÈS

1S Modèles de rédaction Enoncés

Nombres complexes. cours, exercices corrigés, programmation

Corrigé du baccalauréat S Pondichéry 12 avril 2007

4. NOMBRES COMPLEXES ET TRIGONOMÉTRIE

LE PRODUIT SCALAIRE ( En première S )

Cours de mathématiques Première année. Exo7

Cours arithmétique et groupes. Licence première année, premier semestre

1 radian. De même, la longueur d un arc de cercle de rayon R et dont l angle au centre a pour mesure α radians est α R. R AB =R.

Correction du Baccalauréat S Amérique du Nord mai 2007

Quelques contrôle de Première S

Correction : E = Soit E = -1,6. F = 12 Soit F = y = 11. et G = -2z + 4y G = 2 6 = 3 G = G =

Angles orientés et trigonométrie

Exprimer ce coefficient de proportionnalité sous forme de pourcentage : 3,5 %

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable T : pour travailler et mémoriser le cours.

Mathématiques Algèbre et géométrie

Si deux droites sont parallèles à une même troisième. alors les deux droites sont parallèles entre elles. alors

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable

I. Polynômes de Tchebychev

Planche n o 22. Fonctions de plusieurs variables. Corrigé

Cours d Analyse. Fonctions de plusieurs variables

Exercices - Polynômes : corrigé. Opérations sur les polynômes

Angles orientés et fonctions circulaires ( En première S )

Corrigé du baccalauréat S Asie 21 juin 2010

Correction du baccalauréat S Liban juin 2007

CONJUGUÉ D'UN POINT PAR RAPPORT À UN TRIANGLE

Baccalauréat S Antilles-Guyane 11 septembre 2014 Corrigé

5 ème Chapitre 4 Triangles

Commun à tous les candidats

I - PUISSANCE D UN POINT PAR RAPPORT A UN CERCLE CERCLES ORTHOGONAUX POLES ET POLAIRES

Introduction. Mathématiques Quantiques Discrètes

Items étudiés dans le CHAPITRE N5. 7 et 9 p 129 D14 Déterminer par le calcul l'antécédent d'un nombre par une fonction linéaire

Enoncé et corrigé du brevet des collèges dans les académies d Aix- Marseille, Montpellier, Nice Corse et Toulouse en Énoncé.

Chapitre 2. Matrices

Activités numériques [13 Points]

Pour l épreuve d algèbre, les calculatrices sont interdites.

PROBLEME(12) Première partie : Peinture des murs et du plafond.

Problème 1 : applications du plan affine

8.1 Généralités sur les fonctions de plusieurs variables réelles. f : R 2 R (x, y) 1 x 2 y 2

Continuité et dérivabilité d une fonction

Fonctions homographiques

AC AB. A B C x 1. x + 1. d où. Avec un calcul vu au lycée, on démontre que cette solution admet deux solutions dont une seule nous intéresse : x =

Priorités de calcul :

Séquence 10. Géométrie dans l espace. Sommaire

Calcul matriciel. Définition 1 Une matrice de format (m,n) est un tableau rectangulaire de mn éléments, rangés en m lignes et n colonnes.

Mathématiques I Section Architecture, EPFL

Dérivation : cours. Dérivation dans R

Le théorème de Thalès et sa réciproque

Structures algébriques

Eté LIVRET de RÉVISIONS en MATHÉMATIQUES

Fonctions Analytiques

Mais comment on fait pour...

La géométrie du triangle III IV - V Cercles remarquables - Lieux géométriques - Relations métriques

Cours d Analyse I et II

CHAPITRE 10. Jacobien, changement de coordonnées.

Développements limités, équivalents et calculs de limites

De même, le périmètre P d un cercle de rayon 1 vaut P = 2π (par définition de π). Mais, on peut démontrer (difficilement!) que

TOUT CE QU IL FAUT SAVOIR POUR LE BREVET

Limites finies en un point

Fonctions de plusieurs variables

Chapitre 11. Séries de Fourier. Nous supposons connues les formules donnant les coefficients de Fourier d une fonction 2 - périodique :

Continuité d une fonction de plusieurs variables

Fonctions de deux variables. Mai 2011

La médiatrice d un segment

Développements limités. Notion de développement limité

Image d un intervalle par une fonction continue

EXERCICE 4 (7 points ) (Commun à tous les candidats)

Démontrer qu'un point est le milieu d'un segment

Les droites (d 1 ) et (d 2 ) sont sécantes en A Le point A est le point d intersection des 2 droites

Géométrie dans l espace Produit scalaire et équations

Capes Première épreuve

Cours3. Applications continues et homéomorphismes. 1 Rappel sur les images réciproques

BACCALAURÉAT GÉNÉRAL SESSION 2012 OBLIGATOIRE MATHÉMATIQUES. Série S. Durée de l épreuve : 4 heures Coefficient : 7 ENSEIGNEMENT OBLIGATOIRE

a et b étant deux nombres relatifs donnés, une fonction affine est une fonction qui a un nombre x associe le nombre ax + b

Calcul intégral élémentaire en plusieurs variables

point On obtient ainsi le ou les points d inter- entre deux objets».

Différentiabilité ; Fonctions de plusieurs variables réelles

Statistiques Descriptives à une dimension

Continuité en un point

Durée de L épreuve : 2 heures. Barème : Exercice n 4 : 1 ) 1 point 2 ) 2 points 3 ) 1 point

Annexe 1 Programmes des classes préparatoires aux Grandes Ecoles

OLYMPIADES ACADÉMIQUES DE MATHÉMATIQUES

Nombre dérivé et tangente

DÉRIVÉES. I Nombre dérivé - Tangente. Exercice 01 (voir réponses et correction) ( voir animation )

Chapitre. Conquérant est une toile de 1930 qui se trouve au Centre Paul Klee à Berne (Suisse). Paul Klee (1879-

Chapitre 6. Fonction réelle d une variable réelle

Géométrie dans l espace

Exercice autour de densité, fonction de répatition, espérance et variance de variables quelconques.

Comparaison de fonctions Développements limités. Chapitre 10

Exo7. Calculs de déterminants. Fiche corrigée par Arnaud Bodin. Exercice 1 Calculer les déterminants des matrices suivantes : Exercice 2.

DOCM Solutions officielles = n 2 10.

Optimisation des fonctions de plusieurs variables

t 100. = 8 ; le pourcentage de réduction est : 8 % 1 t Le pourcentage d'évolution (appelé aussi taux d'évolution) est le nombre :

Exercices - Fonctions de plusieurs variables : corrigé. Pour commencer

315 et 495 sont dans la table de 5. 5 est un diviseur commun. Leur PGCD n est pas 1. Il ne sont pas premiers entre eux

Exercices de géométrie

Transcription:

Chapitre 14 : Nombres complexes et géométrie I Affixe, module et argument I.1 Représentation géométrique d un nombre complexe Le plan est muni d un repère orthonormal direct (O; u; v. Il est ainsi appelé plan complexe. À tout nombre complexe z = a+ib (avec a, b réels, on associe un unique point du plan, le point M(a;b. Réciproquement, à tout point point M(a;b, on associe le le nombre complexe z = a+ib. On dit que M est l image du nombre complexe z, et que z est l affixe du point M (z est aussi l affixe du vecteur OM. 1. z AB = z B z A.. z w+ w = z w +z w. 3. Pour tout k R, z k w = kz w. 4. Si I est le milieu de [AB], z I = z A +z B. 1. AB a pour coordonnées (xb x A ;y B y A. Donc z AB = x B x A +i(y B y A = x B +iy B (x A +iy A = z B z A.. On raisonne de même en passant aux coordonnées pour montrer les points., 3. et 4.. I. Module et argument d un nombre complexe Soient z = a+ib avec a, b réels unnombrecomplexe et M son image dansle plancomplexe. 1. Le module de z, noté z est la distance OM, soit z = a +b.. Si z est non nul, un argument de z, noté argz est une mesure de l angle orienté de vecteurs ( u; OM. Pour z 0, argz = ( u; OM. b + M(z z v O argz u a 1

1. z = 0 équivaut à z = 0.. Un nombre complexe non nul admet uneinfinité d arguments : si θ est unemesurede l angle ( u; OM, alors les autres mesures de cet angle sont les réels θ+kπ, k Z. 3. Le nombre 0 n a pas d argument car l angle de vecteurs ( u; OM n est pas défini si M = O. 1. z = zz. z R + si et seulement si argz = 0 [π]. 3. z R si et seulement si argz = π [π]. 4. Un nombre complexe z non nul est imaginaire pur de partie imaginaire strictement positive si et seulement si argz = π [π]. 5. Un nombre complexe z non nul est imaginaire pur de partie imaginaire strictement négative si et seulement si argz = π [π]. 1. Pour tous points A et B d affixes respectives z A et z B, AB = z B z A.. Pour tous points distincts A et B, ( u; AB = arg(zb z A [π]. Démonstration 1. Soit M le point tel que OM = AB. Alors l affixe de M est zb z A. Par conséquent, AB = z B z A.. Soit M le point tel que OM = AB. M O car A B. ( u; AB = ( u; OM = arg(zb z A [π]. I.3 Forme trigonométrique d un nombre complexe non nul Pour tout nombre complexe z non nul, z = r(cosθ+isinθ avec r = z et θ = argz. Cette écriture est appelée une forme trigonométrique de z. Un nombre complexe non nul admet une infinité de formes trigonométriques car arg z est défini à π près (par contre le module est unique. 1. Deux nombres complexes non nuls sont égaux si et seulement si ils ont le même module et le même argument à un multiple de π près.. Si z = r(cosθ+isinθ avec r > 0, alors z = r et argz = θ [π].

Soit z un nombre complexe non nul de forme algébrique z = a + ib, avec r = z et θ = argz. Alors, Passage de la forme algébrique à la forme trigonométrique : r = a +b cosθ = a r Passage de la forme trigonométrique à la forme algébrique : a = rcosθ b = rsinθ sinθ = b r Ceci permet de retrouver θ. I.4 s du module et de l argument Pour tout nombre complexe z, 1. z = z, et z = z.. Avec z non nul, arg(z = argz [π] arg( z = arg(z + π [π]. 1. Somme : pour tous nombres complexes z et z, z +z z + z (inégalité triangulaire.. Produit : pour tous nombres complexes z et z, Si de plus z et z sont non nuls, zz = z z. arg(zz = argz +argz [π]. 3. Quotient : Pour tous nombres complexes z et z, avec z 0, z z = z z. Pour tous z et z non nuls, ( z arg z = argz argz [π]. 4. Puissance : pour tout z C, pour tout n N Si de plus z est non nul, z n = z n. arg(z n = nargz [π]. Démonstration 1. C est la formulation avec des nombres complexes d une inégalité sur les distances. u + v u + v où u et v sont des vecteurs d affixes respectives z et z. 3

. z et z étant non nuls tous les deux, on peut considérer leurs formes trigonométriques. z = r(cosθ +isinθ, et z = r (cosθ +isinθ. zz = rr (cosθ +isinθ (cosθ +isinθ = rr [cosθcosθ sinθsinθ +i(sinθcosθ +sinθ cosθ] = rr [cos(θ +θ +isin(θ +θ ] On a ainsi obtenu une forme trigonométrique de zz, ce qui implique zz = z z et arg(zz = argz +argz [π]., si z ou z est nul, l égalité zz = z z est évidemment vraie. 3. On raisonne par récurrence. 4. On pose Z = z z, d où z = z Z, et on applique les résultats sur le produit. Il n y a pas de formule générale donnant le module d une somme de deux nombres complexes. On ne peut rien dire en général sur arg(z +z. Conséquence Si A(a, B(b, C(c, D(d sont des points du plan tels que A B et C D, alors CD 1. AB = d c b a = d c b a ( ( d c. AB; CD = arg [π]. b a Démonstration 1. C est direct puisque AB = b a et d après la propriété. Comme A B et C D, l angle ( AB; CD ( AB; CD est bien défini. = = z z = z z. ( ( AB; u + u; CD ( u; ( CD u; AB [π] [π] = arg(d c arg(b a [π] ( d c = arg [π] b a II Notation exponentielle et application Onavuquepourtous aet bréels, (cosa+isina(cosb+isinb = cos(a+b+isin(a+b. En posant f(x = cosx+isinx, on a donc f(a f(b = f(a+b. La fonction f possède une propriété de la fonction exponentielle. Pour tout θ R, on pose e iθ = cosθ +isinθ. 4

e iθ = 1 et arge iθ = θ [π]. Pour tout nombre complexe z non nul, on appelle notation exponentielle de z toute écriture z = re iθ où r = z et θ = arg(z [π]. 1. Comme pour la forme trigonométrique, la notation exponentielle n est pas unique car argz est seulement défini modulo π.. Pour calculer des sommes de nombres complexes, la forme algébrique (z = a + ib est la plus appropriée. Pour calculer des produits, quotients, puissances de nombres complexes, la forme trigonométrique ou exponentielle est la plus appropriée. Pour tous réels θ et θ, 1. e iθ e iθ = e i(θ+θ. 1. e iθ = e iθ = e iθ. e iθ 3. = e i(θ θ. e iθ 4. Pour tout n N, ( e iθ n = e inθ (formule de Moivre. 1. La formule de Moivre s écrit aussi pour tout θ R, pour tout n N, (cosθ+isinθ n = cos(nθ+isin(nθ. Pour tout réel θ, e iθ = cosθ+isinθ, et e iθ = cosθ isinθ. En addtionnant et soustrayant ces égalités, on obtient les formules d Euler : Conséquence (formules d Euler Pour tout θ R, cosθ = eiθ +e iθ sinθ = eiθ e iθ. i Rappel : triangle de Pascal pour les coefficients binomiaux k 0 1 n 3 4 5 6 0 1 1 1 1 1 1 3 1 3 3 1 4 1 4 6 4 1 5 1 5 10 10 5 1 6 1 6 15 0 15 6 1 5

Par exemple, ( 4 = 6, et ( 6 = 0. 3 Les coefficient binomiaux interviennent dans la formule qui donne le développement de (a+b n : Pour tous complexes a et b, et pour tout entier n 1, (a+b n = Exemple : (a b 3 = a 3 3a b+3ab b 3 n k=0 (a b n = ( n a k b n k = k n k=0 Exercice 1 π Linéariser cos 3 4 x, en déduire cos 3 (x dx 0 Exercice π Linéariser sin 3 4 x, en déduire sin 3 (x dx 1. 0 n k=0 ( n ( 1 k a n k b k k ( n a n k b k k La notation exponentielle permet de retrouver des formules de trigonométrie. Sur les formules d addition par exemple, pour tous réels a et b, e i(a+b = e ia e ib cos(a+b+isin(a+b = (cosa+isina(cosb+isinb D où, en identifiant les parties réelles et imaginaires, = cosacosb+icosasinb+isinacosb sinasinb = (cosacosb sinasinb+i(sinacosb+sinbcosa cos(a+b = cosacosb sinasinb sin(a+b = sinacosb+sinbcosa Quelques situations géométriques classiques. Soient A, B C trois points distincts d affixes a, b et c respectivement. c a 1. b a = eiπ = i si et seulement si (AB = AC et ( π ABAC =. Cela équivaut à dire que le triangle ABC est direct, rectangle isocèle en A. c a. b a = eiπ 3 si et seulement si (AB = AC et ( π ABAC = 3. Cela équivaut à dire que le triangle ABC est équilatéral direct. Exercice 3 (lieux géométriques Soient A(a et B(b deux points distincts. Montrer les assertions suivantes : 1. Réponses : pour tout x R, sin 3 (x = 1 4 sin(3x+ 3 4 sinx, puis π 4 6 0 sin 3 (x dx = 8 5. 1

1. L ensemble des points M(z tels que z b R est la droite (AB privée du point z a A.. L ensemble des points M(z tels que z b ir est le cercle de diamètre [AB] privé z a du point A. 3. L ensemble des points M(z tels que z b z a = 1 est la médiatrice du segment [AB]. 7