TRANSFORMATIONS ET NOMBRES COMPLEXES
Table des mati`eres
1 Applications g´eom´etriques des nombres complexes 2
1.1 Arguments d’un nombre complexe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Ensemble de points du plan. ROC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.1 Un cercle de centre O et de rayon r. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.2 Un m´ediatrice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.3 Une droite (AB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.4 Un cercle de diam`etre [AB] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 ´
Equation param´etrique d’un cercle. ROC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2´
Ecriture complexe d’une transformation du plan 4
2.1 D´efinition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2 Th´eor`eme : ´ecriture complexe des transformations usuelles du plan. ROC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2.1 La translation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2.2 L’homoth´etie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2.3 La rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2.4 La sym´etrie centrale de centre O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2.5 La sym´etrie axiale d’axe (Ox) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2.6 La sym´etrie axiale d’axe (Oy) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1
Transformations et nombres complexes Lyc´ee Marie Curie de Tarbes
1 Applications g´eom´etriques des nombres complexes
1.1 Arguments d’un nombre complexe
Soient A, B, C et Dquatre points distincts d’affixes respectives zA, zB, zCet zD
On sait que :
L’affixe du vecteur
AB est zBzA.
AB =|zBzA|.
arg (zA) =
e1,
OA(zA6= 0)
arg (zBzA) =
e1,
AB
arg zDzC
zBzA=
AB;
CD.
En effet :
AB;
CD=
AB;
e1+
e1;
CD=
e1;
CD
e1;
AB=arg (zDzC)arg (zBzA) = arg zDzC
zBzA
1.2 Ensemble de points du plan. ROC
1.2.1 Un cercle de centre O et de rayon r
Soit run rel strictement positif et un point du plan d’affixe le nombre complexe ω.
L’ensemble des points Mdu plan d’affixe ztels que |zω|=rest le cercle de centre le point et de rayon le rel r.
1.2.2 Un m´ediatrice
L’ensemble des points Mdu plan d’affixe ztels que |zzA|=|zzB|est la ediatrice du segment [AB].
1.2.3 Une droite (AB)
L’ensemble des points Mdu plan d’affixe ztels que zBz
zAzest r´eel est la droite (AB) priv´e du point A.
1.2.4 Un cercle de diam`etre [AB]
L’ensemble des points Mdu plan d’affixe ztels que zBz
zAzest imaginaire pur est le cercle de diam`etre [AB] priv´e
du point A.
D´emonstration 1
1. |zω|=rM=r
2. |zzA|=|zzB| ⇐AM =BM
3. Si zBz
zAzest rel alors
arg zBz
zAz= 0 [π]
ou
zBz
zAz= 0
ce qui signifie que
MA;
MB= 0 [π]
ou
z=zB
A B
M
π
A B
M1
M2
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Transformations et nombres complexes Lyc´ee Marie Curie de Tarbes
4. Si zBz
zAzest un imaginaire pur alors
arg zBz
zAz=π
2[π]
ou
zBz
zAz= 0
ce qui signifie que
MA;
MB=π
2[π]
ou
z=zB
A
B
M1M2
M3
1.3 ´
Equation param´etrique d’un cercle. ROC
Soit un point du plan d’affixe le nombre complexe ω=x+iy.
Un ´equation param´etrique du cercle de centre et de rayon rest :
z=ω+r eou encore
x=x+rcos(θ)
y=y+rsin(θ)
, θ tant un r´eel quelconque.
D´emonstration 2
Soit M, d’affixe z, un point du cercle de centre et de rayon r.
Soit θune mesure de l’angle
e1;
M.
Nous avons donc arg(zω) = θ[2π].
D’autre part, Mtant sur le cercle on a aussi M=rce qui se traduit par
|zω|=r
Ainsi le nombre complexe zωa pour module ret un argument ´egal `a θ
On peut donc ´ecrire que zω=r e.
En ´ecrivant ω=x+i y, r e=rcos(θ) + ir sin(θ)et z=x+i y
on obtient : zω=r e(x+i y)(x+i y) = rcos(θ) + ir sin(θ)
Soit (xx) + i(yy) = rcos(θ) + i r sin(θ)
Et donc
xx=rcos(θ)
yy=rsin(θ)
θ
e1
M
Exemple 1
Am´erique de sud novembre 2007
Le plan Pest rapport´e un rep`ere orthonormal direct (O,
u ,
v).
Soit fl’application qui `a tout point Mde P d’affixe non nulle zassocie le point Md’affixe : z=1
2z+1
z.
1. Soit E le point d’affixe zE=i. D´eterminer l’affixe du point E, image de E par f
2. D´eterminer l’ensemble des points Mtels que M=M.
3. On note A et B les points d’affixes respectives 1et 1et soit Mun point distinct des points O, A et B.
(a) Montrer que, pour tout nombre complexe zdiff´erent de 0,1et 1, on a : z+ 1
z1=z+ 1
z12
.
G´eom´etrie 2 Page 3 Francis Rignanese
Transformations et nombres complexes Lyc´ee Marie Curie de Tarbes
(b) En d´eduire une expression de MB
MAen fonction de MB
MApuis une expression de l’angle
MA,
MBen fonction
de l’angle
MA,
MB
4. Soit la m´ediatrice du segment [A, B]. Montrer que si Mest un point de distinct du point O, alors Mest un point
de .
5. Soit Γle cercle de diam`etre [A, B].
(a) Montrer que si le point Mappartient Γalors le point Mappartient `a la droite (AB).
(b) Tout point de la droite (AB) a-t-il un ant´ec´edent par f?
1. zE=1
2i+1
i=1
2i+i
1= 0.E a donc pour image O.
2. M=Mz=1
2z+1
z2z2=z2+ 1 z2= 1 z= 1 ou z=1.
Les points invariants´egaux `a leur image sont donc les points d’affixe 1et 1.
3. Soit M(z)avec z6= 0, z 6= 1, z 6=1.
(a) z+ 1
z1=
1
2z+1
z+ 1
1
2z+1
z1=z+1
z+ 2
z+1
z2=z2+ 1 + 2z
z2+ 1 2z=(z+ 1)2
(z1)2=z+ 1
z12
.
(b) – z+ 1
z1=z+ 1
z12
z+ 1
z1
=z+ 1
z12|z+ 1|
|z1|=|(z+ 1)|
|(z1)|2
MB
MA=MB
MA2
.
z+ 1
z1=z+ 1
z12
AM,
BM= 2
AM,
BM
MA,
MB= 2
MA,
MB.
4. (a) MMA=MBMB
MA= 1. Et d’apr`es la question pr´ec´edente MB
MA=MB
MA2
Donc MB
MA= 1 MB=MAM.
(b) Si Mappartient au cercle de diam`etre [AB], alors
MA,
MB=π
2[π].
Donc d’apr`es la question pr´ec´edente
MA,
MB=π[2π], donc les points A, B et Msont align´es ou encore
M[AB].
(c) Le cercle Γa un rayon ´egal `a 1et est centr´e en O. Tout point Mde Γa donc une affixe de la forme z=eiθ, avec
u ,
OM=θ. D’o z=1
2eiθ+1
eiθ=1
2eiθ+eiθ=1
2(cos θ+isin θ+ cos θisin θ) = cos θ.
Or 16cos θ61, donc Mest un point du segment [AB]. Seuls les points de [AB] ont un ant´ec´edent par f
2´
Ecriture complexe d’une transformation du plan
2.1 D´efinition
Soit Tune transformation du plan qui transforme un point M d’affixe zen un autre point M’ d’affixe z.
L’´ecriture complexe de la transformation Test la bijection fde Cdans Ctelle que z=f(z).
2.2 Th´eor`eme : ´ecriture complexe des transformations usuelles du plan. ROC
2.2.1 La translation
L’´ecriture complexe de la translation de vecteur
ud’affixe best z=z+b.
G´eom´etrie 2 Page 4 Francis Rignanese
Transformations et nombres complexes Lyc´ee Marie Curie de Tarbes
2.2.2 L’homoth´etie
L’´ecriture complexe de l’homoth´etie de centre d’affixe ωet de rapport le rel kest zω=k(zω).
2.2.3 La rotation
L’´ecriture complexe de la rotation de centre d’affixe ωet d’angle le rel θest zω=e(zω).
2.2.4 La sym´etrie centrale de centre O
L’´ecriture complexe de la sym´etrie centrale de centre O est : z=z.
2.2.5 La sym´etrie axiale d’axe (Ox)
L’´ecriture complexe de la sym´etrie axiale d’axe (Ox) est : z=z.
2.2.6 La sym´etrie axiale d’axe (Oy)
L’´ecriture complexe de la sym´etrie axiale d’axe (Oy) est : z=z.
D´emonstration 3
1. Si Mest l’image du point Mdans la translation de vecteur
ud’affixe balors
MM=
uet donc zz=b.
2. Si Mest l’image du point Mdans l’homoth´etie de centre d’affixe ωet de rapport le rel k
alors
M=k
Met donc zω=k(zω).
3. Si Mest l’image du point Mdans la rotation de centre d’affixe ωet d’angle le rel θ
alors
M= ΩM
M;
M=θ[2π]et donc
|zω|=|zω|
arg zω
zω=θ[2π]d’o
|zω|
|zω|=
zω
zω
= 1
arg zω
zω=θ[2π]
Autrement dit le nombre complexe zω
zωa pour module 1 et un argument gal θ.
Son ´ecriture complexe est donc e.Et donc zω
zω=e.
Pour les trois autres la figure ci-contre suffit :
O
M(z)
M1(z)M2(z)
M3(z)
e1
e2
θ
Exemple 2
eterminer la nature des transformations ayant pour ´ecriture complexe :
a)z=z1 + i b)z=1
2zi3
2c)z=3z d)z=i z 3i+ 3
1. zz=1 + i. T est la translation de vecteur
ud’affixe 1 + i.
2. z= 1
2i3
2!z=eiπ
3z. T est la rotation de centre O et d’angle π
3.
G´eom´etrie 2 Page 5 Francis Rignanese
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