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Interpr´etations g´eom´etriques des nombres complexes. Module
et argument
Les nombres complexes ont d’abord ´et´e utilis´es pour la r´esolution des ´equations alg´ebriques
mais d`es la fin du XVIIIesi`ecle ils ont eu une interpr´etation g´eom´etrique. L’id´ee d’associer `a
tout nombre complexe un point d’un plan semble due `a Wessel (1797) mais la m´ethode est plus
connue sous le nom d’Argand-Cauchy. Argand a d´evelopp´e cette technique vers 1806.
1. Le plan d’Argand-Cauchy
Soit Pun plan affine euclidien, ~
Pson plan vectoriel associ´e. A tout rep`ere orthonorm´e
R= (O, −→
u , −→
v) de Pon peut faire correspondre une application θde Cdans Pet une application
~
θde Cdans ~
Pd´efinies pour tout z=a+ib ∈C,a∈R,b∈R, par :
•θ(z) est le point Mde Pde coordonn´ees (a, b) ou encore M=O+a~u +b~v.
•~
θ(z) est le vecteur ~
Vde ~
Pde composantes aet b:~
V=a~u +b~v.
On dit que Mest le point image du nombre complexe zet que le vecteur ~
Vest le vecteur
image de z. Le nombre complexe zest l’affixe du point Met du vecteur ~
V.
Les notations pr´ec´edentes seront utilis´ees dans tout le document.
Il est clair que les applications θet ~
θsont bijectives et que l’on a θ(z) = θ(0) + ~
θ(z). Le
paragraphe suivant permettra d’interpr´eter cette relation.
Il est important de noter que les applications θet ~
θd´ependent du choix d’un rep`ere dans
P. Deux rep`eres diff´erents conduisent `a des applications θet ~
θdiff´erentes. Cependant une
partie importante des propri´et´es de cette correspondance entre nombres complexes et points ou
vecteurs d’un plan sont ind´ependantes du choix du rep`ere.
Muni de l’addition, Cest un groupe commutatif et l’application de R×Cdans C, (λ, z)→λz,
v´erifie les axiomes d´efinissant les espaces vectoriels : λ(z1+z2) = λz1+λz2, (λ+µ)z=λz +µz,
λ(µz) = (λµ)z, 1.z =z.
Le corps Cest donc aussi un espace vectoriel sur R. (Plus g´en´eralement, tout corps est un
espace vectoriel sur chacun de ses sous-corps.) Comme tout ´el´ement zde Cs’´ecrit de fa¸con
unique z=a.1 + b.i avec (a, b)∈R2, la dimension de cet espace vectoriel est 2 et (1, i) est une
base de ce plan vectoriel. C’est aussi de fa¸con canonique un plan affine.
Consid´erons maintenant l’application de C2dans Rqui a (z1, z2) fait correspondre
< z1|z2>=a1a2+b1b2
si zk=ak+ibk,k= 1,2.
C’est un produit scalaire sur le plan C:
•< z1|z2>=< z2|z1>;
•< λz1+µz2|z >=λ<z1|z > +µ < z2|z > (λ∈R, µ ∈R) ;
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