Fonctions sinus et cosinus.

Fonctions sinus et cosinus.
1. Rappels de trigonométrie................................ P2
2. Variations et représentations graphiques des
fonctions sinus et cosinus.................................... p8
3. Compléments................................................... p10
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Fonctions sinus et cosinus.
1. Rappels de trigonométrie
1.1. Définitions
c est un cercle trigonométrique.
⃗
OI =
⃗
i
Et
⃗
OJ =
⃗
j
.
(O;⃗ i,⃗ j)
est un repère orthonormé direct du plan.
x
est un nombre réel quelconque.
On considère le point L tel que
⃗
IL=x
⃗
j
(L appartient à la droite passant par I et de vecteur directeur
⃗
j
, cette
droite est tangente en I au cercle c).
M est le point de C qui vient en coïncidence avec L lorsque l'on enroule la droite précédente sur le cercle c,
donc
x
est une mesure en radians de l'angle
(
⃗
i ;
⃗
OM )
Le cosinus du nombre réel
x
que l'on note
cos x
est l'abscisse du point M dans le
repère
(O;⃗ i,⃗ j)
(ou l'abscisse du point H dans le repère
(O;⃗ i)
de la droite (OI).
Le sinus du nombre réel
x
que l'on note
cos x
est l'ordonnée du point M dans le repère
(O;⃗ i,⃗ j)
(ou l'abscisse du point H dans le repère
(O;⃗ j)
de la droite (OJ).
On a donc :
M(cos x;sin x)
⃗
OM =(cos x)
⃗
i+(sin x)
⃗
j
H(cos x;0)
⃗
OH =(cos x)
⃗
i
K(0 ;sin x)
⃗
OK=(sin x)
⃗
j
1.2. Valeurs remarquables
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Fonctions sinus et cosinus.
1.3. Propriétés
Pour tout nombre réel
x
, on a :
−1⩽cos x⩽1
−1⩽sin x⩽1
cos2x+sin2x=1
cos(x+2π)=cos x
sin(x+2π)=sin x
1.4. Angles associés
a) Angles opposés
(
⃗
i ;
⃗
OM )= x+2kπ
et
(
⃗
i ;
⃗
OM ' )=−x+2kπ
.
Les points M et M' sont symétriques par rapport à l'axe des abscisses.
cos(−x)=cos x
et
sin(−x)=−sin x
b) Angles supplémentaires
Les angles
(
⃗
i ;
⃗
OM )
et
(
⃗
i ;
⃗
OM ' )
sont supplémentaires si et seulement si leur somme est égale à l'angle plat.
Si
(
⃗
i ;
⃗
OM )= x+2kπ
alors
(
⃗
i ;
⃗
OM ' )=π−x+2kπ
.
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Les points M et M' sont symétriques par rapport à l'axe des ordonnées.
cos(π−x)=−cos x
et
sin(π− x)=−sin x
c) Angles dont la différence est l'angle plat
Si
(
⃗
i ;
⃗
OM )= x+2kπ
alors
(
⃗
i ;
⃗
OM ' )=π+x+2kπ
.
Les points M et M' sont symétriques par rapport à O.
cos(π+x)=−cos x
et
sin(π+ x)=−sin x
d) Angles complémentaires
Les angles
(
⃗
i ;
⃗
OM )
et
(
⃗
i ;
⃗
OM ' )
sont complémentaires si et seulement si leur somme est égale à l'angle droit
positif.
Si
(
⃗
i ;
⃗
OM )= x+2kπ
alors
(
⃗
i ;
⃗
OM ' )= π
2−x+2kπ
.
Les angles
(
⃗
i ;
⃗
OM )
et
(
⃗
OM ' ;
⃗
j)
sont égaux et OK'=OH et OH'=OK.
cos
(
π
2−x
)
=sin x
et
sin
(
π
2−x
)
=cos x
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e) Angles dont la différence est l'angle droit positif
Si
(
⃗
i ;
⃗
OM )= x+2kπ
alors
(
⃗
i ;
⃗
OM ' )= π
2+x+2kπ
.
Les angles
(
⃗
i ;
⃗
OM )
et
(
⃗
j;
⃗
OM ')
sont égaux et OK'=OH et OH'=OK.
cos
(
π
2+x
)
=−sin x
et
sin
(
π
2+x
)
=cos x
1.5. Équations : cosx=cosa et sinx=sina
a) Remarque
Pour tout nombre réel
x
, on a :
−1⩽cos x⩽1
et
−1⩽sin x⩽1
donc l'ensemble des solutions de l'équation
cos x=k
et
sin x=k
avec
k
strictement supérieur à 1 ou strictement inférieur à -1 est l'ensemble vide.
b) cos x=cos a
Nous avons vu que le fonction cosinus est continue (et dérivable) sur ℝ donc le théorème des valeurs
intermédiaires nous permet de conclure que si
k∈[−1 ; 1 ]
alors il existe
a∈ℝ
tel que cos a=k.
On obtient une valeur exacte de
a
lorsque
k
est une valeur remarquable (ou son opposé) pour cosinus.
On considère alors un cercle trigonométrique rapporté au repère orthonormé direct
(O;⃗ i,⃗ j)
⃗
i=
⃗
OI
⃗
i=
⃗
OJ
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