TS. Évaluation 2 - Correction EX 1 : ( 4 points ) 1. On veut résoudre

TS. Évaluation 2 - Correction
EX1 : ( 4 points )
1. On veut résoudre dans l’équation : (E) : z3+4z2+2z28 =0
a. Déterminer deux réels a et b tels que l’équation (E)s’écrive : ¡z2¢¡z2+az +b¢=0
Cherchons les valeurs des réels aet bvérifiant l’égalité ; on a le développement suivant :
¡z2¢¡z2+az +b¢=z3+az2+bz 2z22az 2b=z3+¡a2¢z2+¡b2a¢z2b
Par identification avec le membre de gauche de l’équation (E), on obtient le système d’équations suivants :
a2=4
b2a=2
2b=28 ½a=6
b=14 donc (E) : z3+4z2+2z28 =0(E) : ¡z2¢¡z2+6z+14¢=0
b. Résoudre (E).
L’équation (E) peut s’écrire : ¡z2¢¡z2+6z+14¢=0
Or, un produit de nombres complexes est nul si, et seulement si, au moins un de ses facteurs est nul ;
on en déduit que : z=2 ou z2+6z+14 =0
Étudions le polynôme du second degré. Il admet pour discriminant =b24ac =624×1×14 =20 =20i2
je pose δ=p20i =2ip5 avec δ2=
Le discriminant est strictement négatif, ce polynôme admet deux racines complexes conjuguées :
z1=bδ
2a=62ip5
2=3ip5 ou z2=b+δ
2a=z1=3+ip5S=©2 ; 3ip5 ; 3+ip5ª
2. On note (H)l’ensemble des points M du plan complexe d’affixe z vérifiant : z24=4z2
a. On note x et y les parties réelle et imaginaire de l’affixe z d’un point M.
Montrer que : M appartient à (H)si, et seulement si, x2y2=4
M(z) appartient à (H)z24=4z2z2+z2=8(x+iy)2+(xiy)2=8
x2+2ix y y2+x22ixy y2=82x22y2=8x2y2=4
b. Soient A, B et C les points d’affixes respectives : 2;3ip5;3+ip5
Vérifier que A, B et C appartient à (H).
En utilisant la question précédente, pour montrer que les points A,B,Cappartiennent à (H), il suffit de
montrer que sa partie réelle et sa partie imaginaire vérifient l’égalité : x2y2=4
si z=2 alors x=Re(z)=2 ; y=Im(z)=0 : donc x2y2=2202=40=4A(H)
si z=3ip5 alors x=Re(z)=3 ; y=Im(z)=p5 : donc (3)2(p5)2=95=4B(H)
si z=3+ip5 alors x=Re(z)=3 ; y=Im(z)=p5 : donc (3)2(p5)2=95=4C(H)
EX2 : ( 3 points ) Le plan est rapporté au repère orthonormé ³O,
u,
v´.
On considère les points A et B d’affixes respectives : zA=1+ip3; zB=1ip3
1. Établir que l’ensemble Γdes points M d’affixe z qui vérifient : 2(z+z)+zz =0est un cercle de centre d’affixe 2.
Préciser son rayon. Construire Γ.
Méthode 1 :
M(z)Γ2(z+z)+zz =0
2×2Re(z)+|z|2=0
2×2x+x2+y2=0
(x+2)2+(y0)2=22
M(z)ΓM2=2MC³(2) ; 2´
Γest un cercle de centre (2) et de rayon 2
v
u
O
M
A
B
Pip3
ip3
Γ
Méthode 2 : Soit MΓ. Pour montrer que Γest un cercle de centre , étudions la longueur M2:
M2=|zMz|2=|z(2)|2=|z+2|2=¡z+2¢¡z+2¢=¡z+2¢¡z+2¢
=zz +2z+2z+22=zz +2(z+z)+4
MΓ(z+z)+zz =0M2=0+4=4
On a : MΓM=2Γest un cercle de centre (2) et de rayon 2
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2. Vérifier que les points A et B sont des éléments de Γ.
Pour vérifier que les points Aet Bappartiennent au cercle de centre et de rayon 2, il faut étudier les longueurs
Aet B:
A2=¯¯¯¡1+ip3¢¡2¢¯¯¯
2=¯¯¯1+ip3¯¯¯
2=12+(p3)2=1+3=4A=2AΓ
B2=¯¯¯¡1ip3¢¡2¢¯¯¯
2=¯¯¯1ip3¯¯¯
2=12+(p3)2=1+3=4B=2BΓ
3. Bonus : Dans cette question toute trace de recherche, même incomplète, sera prise en compte dans l’évaluation.
Déterminer l’ensemble des points M d’affixe z tel que le nombre complexe Z =z+22i
z+2+2i soit imaginaire pur.
Sous forme algébrique, z=x+iyavec xet yles parties réelle et imaginaire de l’affixe d’un point M
remarque : z6=22i
Z=X+iYest imaginaire pur si, et seulement si, sa partie réelle Xest nulle et (x;y)6=(2;2)
Z=z+22i
z+2+2i =x+iy+22i
x+iy+2+2i =(x+2)+i(y2)
(x+2)+i(y+2) =£(x+2) +i(y2)¤£(x+2) i(y+2)¤
£(x+2)+i(y+2)¤£(x+2)i(y+2)¤en utilisant « l’expression conjuguée »
Z=(x+2)2+(y2)(y+2)+i¡(x+2)(y2) (x+2)(y+2)¢
(x+2)2+(y+2)2=x2+4x+y2
(x+2)2+(y+2)2+i4x8
(x+2)2+(y+2)2
Z=z+1i
z+1+i=X+iYest imaginaire pur si, et seulement si, ½X=0
(x;y)6=(2;2) ½x2+4x+y2=0
(x;y)6=(2;2)
MΓ\{P}l’ensemble cherché est le cercle Γprivé du point Pd’affixe 22i
EX3 : ( 3 points ) Soient les nombres complexes : z1=p6ip2
2; z2=1i
1. Mettre sous forme trigonométrique z1, z2et Z =z1
z2
méthode : mettre en facteur le module dans la forme algébrique
z=x+iy=qx2+y2Ãx
px2+y2+iy
px2+y2!=|z|³cosθ+isinθ´
z1=p6ip2
2=p2×Ãp3
2+i1
2!=p2³cos³π
6´+isin³π
6´´
z2=1i=p2×Ãp2
2+ip2
2!=p2³cos³π
4´+isin³π
4´´
Z=z1
z2donc
¯¯¯Z¯¯¯=¯¯¯
z1
z2¯¯¯=¯¯¯z1¯¯¯
¯¯¯z2¯¯¯
=p2
p2=1
arg(Z)=argµz1
z2=arg(z1)arg(z2)=π
6π
4=π
12 £2π¤
Z=z1
z2=1³cos³π
12´+isin³π
12´´
2. En déduire que : cos π
12 =p6+p2
4;sin π
12 =p6p2
4
Z=z1
z2=p6ip2
2×1
1i=p6ip2
22i =¡p6ip2¢(2+2i)
(22i)(2+2i)=¡p6ip2¢(2+2i)
8en utilisant « l’expression conjuguée »
Z=2p6+2p2
8+i2p62p2
8=p6+p2
4+ip6p2
4
En utilisant la forme trigonométrique et la forme algébrique de Z, je peux en déduire l’égalité entre deux nombres
complexes :
cos³π
12´+isin³π
12´=p6+p2
4+ip6p2
4
deux nombres complexes sont égaux si, et seulement si, ils ont même partie réelle et même partie imaginaire
donc cos π
12 =p6+p2
4; sin π
12 =p6p2
4
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3. Bonus : On considère l’équation d’inconnue réelle x : ¡p6+p2¢cos x+¡p6p2¢sinx=2
a. Résoudre cette équation dans .
D’après la question précédente, l’équation peut s’écrire : cos π
12 cosx+sin π
12 sinx=1
2
ou encore en utilisant une formule de duplication : cos³xπ
12´=cos π
3avec cos π
3=1
2
cos³xπ
12´=cos π
3°
°
°
°
°
°
°
°
°
xπ
12 =π
3£2π¤
ou
xπ
12 = −π
3£2π¤°
°
°
°
°
°
°
°
°
x=5π
12 £2π¤
ou
x= −π
4£2π¤
b. Placer les points images des solutions sur le cercle trigonométrique.
x
y
O
π
4
5π
12
6π
12
4π
12
p2
2
p2
2
1
2
p3
2
1 / 3 100%

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