TS. Évaluation 5 -Correction 1 ( 10 points ) Le plan complexe est

TS. Évaluation 5 -Correction
1( 10 points ) Le plan complexe est rapporté à un repère orthonormé direct. On considère l’équation :
(E) : z22zp3+4=0.
1. Résoudre l’équation (E) dans l’ensemble des nombres complexes.
On résout l’équation (E) : z22zp3+4=0; =¡2p3¢24×1×4=1216 =4=4i2=(2i)2.
L’équation admet donc deux solutions complexes conjuguées :
z1=¡2p3¢2i
2=2p32i
2=p3i ou z2=z1=p3+i. S=np3i ; p3+io
2. On considère la suite (Mn)des points d’affixes zn=2n׳cos¡(1)n×π
6¢+isin¡(1)n×π
6¢´, définie pour n >1.
a. Vérifier que z1est une solution de (E).
z1=2׳cos¡(1)1×π
6¢+isin¡(1)1×π
6¢´=2³cos¡π
6¢+isin¡π
6¢´=2³p3
2+i¡1
2¢´=p3i
Donc z1est solution de l’équation (E).
b. Écrire z2et z3sous forme algébrique.
z2=22׳cos¡(1)2×π
6¢+isin¡(1)2×π
6¢´=4³cos π
6+isin π
6´=4³p3
2+i1
2´=2p3+2i
z3=23׳cos¡(1)3×π
6¢+isin¡(1)3×π
6¢´=8³cos π
6+isin π
6´=8³p3
2+i¡1
2¢´=4p34i
c. Placer les points M1, M2, M3et M4sur la figure donnée en annexe et tracer, sur la figure donnée en annexe, les
segments [M1,M2],[M2,M3]et [M3,M4].
Annexe
NOM :
2 2 4 6 8 10 12 14 16
O
M1
M2
M3
M4
2i
4i
6i
8i
i
2i
4i
6i
8i
u
v
|z1|=2 donc le point M1d’affixe z1est situé sur le cercle de centre O et de rayon 2 ;
de plus, la partie imaginaire de z1est 1 donc le point M1est situé sur la droite d’équation y=1.
Pour placer le point M2, on utilise le fait que |z2|=4 et que Im(z2)=2.
Pour placer le point M3, on utilise le fait que |z3|=8 et que Im(z3)=4.
z4=24³cos¡(1)4×π
6¢+isin¡(1)4×π
6¢´=16³cos¡π
6¢+isin¡π
6¢´; pour placer le point M4, on utilise le fait que |z4|=16 ;
de plus arg(z4)=π
6=arg(z2)donc les points O, M2et M4sont alignés donc M4(OM2). Voir la figure en annexe.
3. Montrer que, pour tout entier n >1, zn=2nÃp3
2+(1)ni
2!.
zn=2n׳cos¡(1)n×π
6¢+isin¡(1)n×π
6¢´
Si n>1 et npair,(1)n=+1,
donc ³cos¡(1)n×π
6¢+isin¡(1)n×π
6¢´=³cos¡π
6¢+isin¡π
6¢´=p3
2+i
2=p3
2+(1)ni
2.
Si n>1 et nimpair,(1)n=1,
donc ³cos¡(1)n×π
6¢+isin¡(1)n×π
6¢´=³cos¡π
6¢+isin¡π
6¢´=p3
2i
2=p3
2+(1)ni
2.
Finalement Pour tout entier n>1, zn=2n³p3
2+(1)ni
2´
4. Calculer les longueurs M1M2et M2M3.
M1M2=|z2z1|=¯¯¯2p3+2i³p3i´¯¯¯=¯¯¯p3+3i¯¯¯=r³p3´2+32=p3+9=p12 =2p3
M2M3=|z3z2|=¯¯¯4p34i³2p3+2i´¯¯¯=¯¯¯2p36i¯¯¯=r³2p3´2+(6)2=p48 =4p3=22p3
Pour la suite de l’exercice, on admet que, pour tout entier n >1,MnMn+1=2np3.
5. On note `n=M1M2+M2M3+···+MnMn+1.
a. Montrer que, pour tout entier n >1, `n=2p3(2n1).
D’après la question 4.,
`n=2p3+22p3+···+2np3=¡2+22+···+2n¢p3
La suite (2n)définie pour n>1 est géométrique de raison q=2 et de premier terme 21=2 ;
La somme S de ses premiers termes consécutifs est donnée par la formule :
S=premier terme×1raisonnombre de termes
1raison
donc
2+22+···2n=2×12n
12=2×2n1
21=2¡2n1¢
`n=¡2+22+···+2n¢p3=2p3¡2n1¢
b. Déterminer le plus petit entier n tel que `n>1 000.
`n>1 000 2p3(2n1)>1 000 2n1>1 000
2p32n>1 000
2p3+1'289,7
À l’aide de la calculatrice, je trouve que le plus petit entier ntel que `n>1 000 est 9 (28=256 et 29=512)
On peut vérifier que `8=510p3883 <1 000 et `9=1 022p31 770 >1 000
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