Fiche BAC 06 Term. S
Nombres complexes
(1ère partie)
Exercice n°1. Bac Asie, Juin 2002 (modifié)
1°) Dans le plan complexe rapporté au repère orthonormé direct
(O ,u ,v)
, on
considère les quatre points A, B, C et D d'affixes respectives :
3 ; 4i ; –2 +3i et 1– i.
a) Placer les points A, B, C et D dans le plan.
b) Quelle est la nature du quadrilatère ABCD ? Justifier votre réponse.
2°) On considère dans l'ensemble des nombres complexes, les deux équations :
z2(1+3i)z6+9i=0
(1) et
z2(1+3i)z+4+4i=0
(2)
a) Montrer que l'équation (1) admet une solution réelle
z1
b) Montrer que l'équation (2) admet une solution imaginaire pure
z2
.
c) Montrer qu'il existe des nombres complexes a, b, c et d tels que
z2(1+3i)z6+9i=( z3)(a z+b)
et
z2(1+3i)z+4+4i=( z4i)(c z+d)
d) En déduire les ensembles de solutions des équations (1) et (2).
Exercice n°2. Bac Nouvelle Calédonie, Décembre 2001 (modifié)
Le plan complexe est rapporté à un repère orthonormé direct
(O ,u ,v)
, unité
graphique 4 cm. Dans l'ensemble
des nombres complexes, i désigne le nombre
imaginaire pure de module 1.
On considère le point A, d'affixe
zA=i
. A tout point M d'affixe z, M différent de
A, on associe le point M' d'affixe z', défini par :
1°) Démontrer que si z est imaginaire pure et
zi
, alors z' est imaginaire pure.
2°) Déterminer l'ensemble E1 des points M, dont les affixes vérifient :
z ' =z
.
3°) Déterminer l'ensemble E2 des points M tels que M' soit le symétrique
de M par rapport à O.
4°) Déterminer l'ensemble E3 des points M tels que
z '
soit un nombre réel.
5°) Déterminer l'ensemble E4 des points M tels que
z '
soit imaginaire pur.
Exercice n°3. BAC
Pour tout nombre complexe
z
, on poase
P(z)=z41
1°) Factoriser P(z) dans
.
2°) En déduire les solutions, dans l'ensemble
, de l'équation P(z) = 0.
3°) En déduire les solutions dans
de l'équation
(
2z+1
z1
)
4
=1
d'inconnue z.
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Exercice n°1 corrigé :
1°.a) Placer les points A, B, C et D d'affixes respectives dans le plan complexe
zA=3
;
zB=4i
;
zC=2+3i
et
zD=1– i
.
Ceci correspond à A(3;0), B(0;4), C(–2;3) et D(1;–1) dans le plan réel !
b) Quelle est la nature du quadrilatère ABCD ? Justifier votre réponse.
On doit d'abord émettre une conjecture qui doit commencer par « il semble que...»
Graphiquement, il semble que le quadrilatère ABCD soit un parallélogramme.
Pour cela, il suffit de démontrer une égalité de deux vecteurs :
AB=
DC
ou bien
AD=
BC
.
Pour démontrer l'égalité de deux vecteurs dans le plan complexe, il suffit de montrer
qu'ils ont la même affixe :
On a :
z
AB=zBzA=4i3
et
z
DC=zCzD=23i1i=−23i1i=34i
Par conséquent :
AB=
DC
,
Conclusion : Le quadrilatère ABCD est un parallélogramme.
Remarque : On pourrait également démontrer que « les diagonales se coupent en
leurs milieux ».
Soient M le milieu du segment [AC] et N le milieu du segment [BD]. On a :
zM=zAzC
2=323i
2=13i
2
et
zN=zBzD
2=4i1i
2=13i
2
Les deux points M et N ont la même affixe, donc ils sont confondus : M = N.
Conclusion : Dans le quadrilatère ABCD, les diagonales se coupent en leurs milieux,
donc ABCD est un parallélogramme.
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2°.a) Montrons que l'équation (1) admet une solution réelle
z1
(1) :
z2(1+3i)z6+9i=0
Pour cela, on pose : z = x, avec
x
.
On a alors : (1)
x2(1+3i)x6+9i=0
x2x6+i(3x+9)=0
Or, un nombre complexe est nul si et seulement si, sa partie réelle et sa partie
imaginaire sont (toutes les deux) nulles. Donc
(1)
x2x6=0
et
3x+9=0
x2x6=0
et
x=3
x=3
puisque x = 3 est aussi solution de la première équation.
Conclusion : L'équation (1) admet une solution réelle : z1 = 3.
2°.b) Montrons que l'équation (2) admet une solution imaginaire pure
z2
.
(2) :
z2(1+3i)z+4+4i=0
Pour cela, on pose : z = iy , avec
y
.
On a alors : (2)
(iy)2−(1+3i)iy+4+4i=0
y21×iy3i×iy+4+4i=0
y21×iy3i×iy+4+4i=0
y2+3y+4+i(4y)=0
Or, un nombre complexe est nul si et seulement si, sa partie réelle et sa partie
imaginaire sont (toutes les deux) nulles. Donc
(2)
y2+3y+4=0
et
4y=0
y2+3y+4=0
et
y=4
y=4
puisque y = 4 est aussi solution de la première équation.
Conclusion : L'équation (2) admet une solution imaginaire pure : z2 = 4i.
2°.c) Montrons qu'il existe deux nombres complexes a et b tels que
z2(1+3i)z6+9i=( z3)(a z+b)
Il suffit de développer le membre de droite et procéder par identification des
coefficients. On a donc :
(z3)(a z+b)=a z2+b z3a z3b
=
a z2+(b3a)z3b
Par identification avec les coefficients du membre de gauche, on a :
{
a=1
b3a=13i
3b=6+9i
donc
{
a=1
b=23i
.
Conclusion : On a la factorisation :
z2(1+3i)z6+9i=( z3)(z+23i)
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2°.c' ) Montrons qu'il existe deux nombres complexes c et d tels que
z2(1+3i)z+4+4i=( z4i)(c z+d)
On procède de la même manière : il suffit de développer le membre de droite et
procéder par identification des coefficients. On a donc :
(z4i)(c z+d)=c z2+d z4icz4id
=
c z2+(d4ic)z4id
Par identification avec les coefficients du membre de gauche, on a :
{
c=1
d4ic=13i
4id=4+4i
donc
{
c=1
d=13i+4i
id =1+i
{
c=1
d=1+i
.
Conclusion : On a la factorisation :
z2(1+3i)z+4+4i=( z4i)(z1+i)
d) En déduire les ensembles de solutions des équations (1) et (2).
Résolution de l'équation (1)
On utilise le théorème du produit nul dans
:
(1)
(z3)( z+23i)=0
z3=0
ou
z+23i=0
z=3
ou
z=2+3i
Conclusion : Cette équation admet deux solutions dans
:
z1=3
et
z1'=2+3i
Par conséquent :
S1=
{
z1; z1'
}
, qu'on peut aussi écrire :
S1=
{
3;2+3i
}
Résolution de l'équation (2)
On utilise le théorème du produit nul dans
:
(2)
(z4i)( z1+i)=0
z4i=0
ou
z1+i=0
z=4i
ou
z=1i
Conclusion : Cette équation admet deux solutions dans
:
z2=4i
et
z2'=1i
Par conséquent :
S2=
{
z2; z2'
}
, qu'on peut aussi écrire :
S1=
{
4i ;1i
}
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Exercice n°2 corrigé :
Soit M(z),
MA
. On lui associe le point M' d'affixe z', défini par :
1°) Montrons que si z est imaginaire pure et
zi
, alors z' est imaginaire pure.
On pose z = iy , avec
y
. On a alors :
Dire que
zi
équivaut à dire que
iyi
donc
y1
. Donc
y
{
1
}
z ' =i(iy)2
iy+i=y2
i(y+1)=i×(−y2)
i×i(y+1)=i(y+2)
y+1
Or
y
{
1
}
donc
(y+2)∈
et
(y+1)∈ℝ
. Donc
(y+2)
y+1
Conclusion : z' est imaginaire pur.
2°) Déterminer l'ensemble E1 des points M, dont les affixes vérifient :
z ' =z
.
Pour tout
zi
on a les équivalences suivantes :
z ' =z
iz2
z+i=z
(On remplece z' par son expression en fonction de z)
iz2
z+iz=0
(On réduit l'équation)
iz2z(z+i)
z+i=0
(On réduit au même dénominateur)
iz2z2iz
z+i=0
(On développe le numérateur)
2z2
z+i=0
(On réduit l'équation)
{
2z2=0
et z+i0
Une fractionest nulle si son numérateur est nul
et sondénominateur est non nul
{
z2+2=0
et zi
{
z2=2
et zi
Arrivé ici, on peut utiliser deux méthodes :
Soit calculer le discriminant avec a = 1, b = 0 et c = 2.
=024×1×2=−8
. Donc deux solutions :
z1=bi
−
2a=0i
8
2×1=i2
2
2=i
2
z2=bi
−
2a=0i
8
2×1=i2
2
2=i
2
Soit, directement, poser :
z2=2
z2=i2×2
z2=(i×
2)2
Ce qui donne les deux solutions :
z1=−i
2
ou
z2=i
2
Conclusion : Soient M1 le point d'affixe z1 et M2 le point d'affixe z2. Alors
E1=
{
M1;M 2
}
.
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