15
2
CHAPITRE 2
Nombres complexes
et trigonotrie
Les méthodes à retenir
Thèmes abordés dans les exercices
Calculs dans C
Fonctions trigonométriques
Racines n-ième d'un nombre complexe
Équations du second degré à coefficients réels
Applications de Cdans C
Points essentiels du cours
pour la résolution des exercices
Forme algébrique d'un nombre complexe : parties réelles et imaginaires
Forme trigonométrique d'un nombre complexe non nul : module et argument
Équations et inéquations trigonométriques
Formules d'Euler et de De Moivre
Racines n-ième d'un nombre complexe, de l'unité
Le nombre complexe j=ei2π
3=1
2+i3
2
Formules de résolution dans Cdes équations du second degré à coefficients
réels
Les méthodes à retenir 15
Énoncés des exercices 18
Du mal à démarrer ? 21
Corrigés 23
Plan
S'il s'agit d'un produit de formes algébriques, on développe.
Exercice 2.1
S'il s'agit d'un quotient de formes algébriques, on multiplie en haut
et en bas du trait de fraction par le complexe conjugué du dénomi-
nateur.
Exercice 2.1
Si un complexe est sous forme trigonométrique : z=reiθ, on le met
sous forme algébrique : z=rcos θ+ir sin θ.
Exercice 2.1
Pour déterminer la forme
algébrique d'un nombre complexe
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Chapitre 2 • Nombres complexes et trigonométrie
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À partir d'une forme algébrique, on calcule le module puis on le met
en facteur, ce qui donne alors sinus et cosinus de l'argument princi-
pal.
Exercice 2.1
S'il s'agit d'une somme ou d'une différence de formes trigonomé-
triques de module 1:eix +eiy ou eix eiy, on factorise alors par
eix+y
2pour faire apparaître les formules d'Euler.
Exercices 2.1 et 2.3
S'il s'agit d'un produit : z=z1z2, on a les formules : |z|=|z1||z2|et
Arg(z)=Arg(z1)+Arg(z2)[2π].
Exercice 2.1
S'il s'agit d'un quotient : z=z1
z2
, on a les formules : |z|=|z1|
|z2|et
Arg(z)=Arg(z1)Arg(z2)[2π].
Exercice 2.1
Pour déterminer la forme
trigonométrique d'un nombre
complexe
Pour résoudre une équation, on se ramène aux équations de réfé-
rences :
1)cos a=cos b⇐⇒ a=b[2π]ou a=b[2π],
2)sin a=sin b⇐⇒ a=b[2π]ou a=πb[2π],
3)tan a=tan b⇐⇒ a=b[π].
Exercices 2.5 et 2.11
Pour résoudre une inéquation, le mieux est d'utiliser le cercle trigo-
nométrique pour visualiser les intervalles solutions.
Exercice 2.5
Pour résoudre équations
et inéquations trigonométriques
Pour linéariser une expression trigonométrique (= transformer pro-
duits et puissances en additions), on commence par remplacer
chaque terme par son équivalent dans la formule d'Euler, puis on
développe.
Exercice 2.2
Pour calculer une somme d'expressions trigonométriques, on utilise
la forme algébrique de l'exponentielle complexe :
ez=eRe(z)!cos(Im(z)) +isin(Im(z))) .
Exercices 2.3 et 2.5
Toute expression du type acos x+bsin xpeut se mettre sous la
forme Acos(x+ϕ)en factorisant par a2+b2.
Exercice 2.5
Pour transformer des expressions
trigonométriques
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Les méthodes à retenir
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S'il s'agit d'une équation du second degré à coefficients réels
(E):az2+bz +c=0(a=/0), on calcule le discriminant
"=b24ac. Si ">0alors (E)a deux racines réelles distinctes :
z=b±"
2a, si "=0alors (E)a une unique racine réelle (appe-
lée racine double) : z=b
2a, si "<0alors (E)a deux racines
complexes pures conjuguées : z=b±i"
2a.
Exercices 2.4 et 2.5
Les racines complexes de l'équation (E):z2sz +p=0coïnci-
dent avec les solutions du système d'équations à deux inconnues :
(S)"x+y=s
xy =p.
Exercice 2.6
On peut aussi se ramener à une recherche de racines n-ième, c'est-à-
dire à une équation du type : zn=a aC. Cette dernière se
résout en donnant une solution évidente et en utilisant les racines n-
ième de l'unité : ei2kπ
nk[[0,n1]].
Exercices 2.4, 2.9, 2.10 et 2.13
Pour résoudre une équation
polynômiale complexe
On dispose de deux formules concernant le module :
|z|2=Re (z)2+Im(z)2=zz .
Exercices 2.7 et 2.12
Parties réelles et imaginaires vérifient : 2Re (z)=z+z,
2iIm (z)=zz,Re (iz)=Im (z)et Im (iz)=Re (z).
Exercice 2.7 et 2.12
On a les caractérisations suivantes :
1)zR⇐⇒ Im (z)=0⇐⇒ z=z⇐⇒ z=0ou
Arg(z)=0[π],
2)ziR⇐⇒ Re (z)=0⇐⇒ z=z⇐⇒ z=0ou
Arg(z)=π
2[π].
Exercice 2.12
La forme algébrique est unique. La forme trigonométrique l'est aussi
en se rappelent que l'argument est défini modulo 2π.
Exercices 2.4 et 2.8
Le nombre complexe ω=ei2π
n, pour nN, vérifie ωn=1. Pour
n=3, on a ω=jet alors : j3=1,j2=jet 1+j+j2=0.
Exercices 2.1, 2.14 et 2.15
Pour faire des calculs
sur les nombres complexes
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Chapitre 2 • Nombres complexes et trigonométrie
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Mettre zsous forme algébrique : z=a+ib, donne une nouvelle
expression de f(z)en fonction de a=Re (z)et b=Im (z).
Exercice 2.16
Mettre zsous forme trigonométrique : z=reiθ, donne une nouvelle
expression de f(z)en fonction de r=|z|et θ=Arg(z)[2π].
Exercice 2.16
Pour étudier une application
définie sur un sous-ensemble de C,
à valeurs complexes
Énoncés des exercices
Calculs de formes algébriques et trigonométriques
a) Déterminer les parties réelle et imaginaire de z=(1+i)2
(1i)3. Donner sa forme trigonomé-
trique.
b) Soit z=#23i#2+3. Calculer z2, puis déterminer module et argument de z.
c) Soit θ[0,2π]. Déterminer module et argument de eiθ+1et eiθ1.
d) Simplifier les nombres complexes (1+j)5et 1
(1+j)4puis déterminer leurs formes algé-
brique et trigonométrique.
Exemples de linéarisations
Linéariser les expressions trigonométriques suivantes.
a) cos 4(x).
b) cos (2x)sin 3(x).
c) cos 2(x)sin (2x)cos (3x).
Calculs de sommes d'expressions trigonométriques
a) Calculer : S=cos $π
11%+cos $3π
11%+cos $5π
11%+cos $7π
11%+cos $9π
11%.
b) Soit nN. Calculer : Sn(x)=
n
&
k=0
cos (kx)et Tn(x)=
n
&
k=0
sin (kx), en fonction de
xR.
c) Soit nN. Calculer : Sn(x)=
n
&
k=0'n
k(cos (kx)et Tn(x)=
n
&
k=0'n
k(sin (kx), en fonc-
tion de xR.
d) Soit nN. Calculer : Sn(x)=
n
&
k=0
cos k(x)et Tn(x)=
n
&
k=0
sin k(x), en fonction de xR.
2.1
2.2
2.3
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© Dunod. La photocopie non autorisée est un délit.
Énoncés des exercices
Équations polynômiales complexes
Résoudre dans Cles équations suivantes :
a) z2+z+1=0;
b) z4=i;
c) z3=(2+i)3;
d) z62z3+2=0.
Équations et inéquations trigonométriques
Résoudre dans Rles équations ou inéquations trigonométriques suivantes :
a) 2 cos $2x+π
3%=3;
b) sin (x)!1
2;
c) sin 2(x)+3 cos (x)1=0;
d) cos (2x)3 sin (2x)=1;
e) sin 2$2x+π
6%=cos 2$x+π
3%;
f) sin (x)+sin (2x)+sin (3x)=0.
Exemple de systèmes somme-produit
a) Résoudre dans C:(S))x+y=2
xy =2.
b) On pose : ω=ei2π
7,u=ω+ω2+ω4et v=ω3+ω5+ω6. Calculer u+v,uvet en dédui-
re la valeur de uet v.
Deux identités remarquables
a) Établir que :
(z1,z2)C2,|z1+z2|2+|z1z2|2=2$|z1|2+|z2|2%
b) Soit (z1,z2,u)C3tel que : z1z2=u2. Montrer que :
|z1|+|z2|=****
z1+z2
2u****+****
z1+z2
2+u****
Surjectivité de l'exponentielle complexe
Soit ZC. Résoudre dans Cl'équation d'inconnue z:ez=Z. Que peut-on en déduire sur la
fonction exponentielle complexe ?
Exemples d'équations complexes
a) Résoudre dans C:z=jz2.
b) Déterminer δCtel que ; δ2=2(4+3i). En déduire les solutions dans Cde l'équation :
2z2(1+5i)z2(1i)=0.
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
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