Trigonométrie et argument à la sauce géométrique
Vue l’importance du cours de jeudi dernier et le nombre important d’absents, mon extrème
gentillesse m’a poussé à rédiger proprement ce bout de cours : on y introduit l’argument d’un
nombre complexe ou, ce qui revient au même, les fonctions sinus et cosinus, sans parler d’ex-
ponentielle complexe mais en en admettant le moins possible. Rappelons que si z∈C∗alors on
peut écrire z=|z|z
|z|car |z| 6=0 et on observe que |z|est un réel strictement positif et que z
|z|est
de module 1. Introduisons la notation suivante : U={z∈Ctel que |z|=1}.
PROPOSITION (écriture polaire) :
∀z∈C∗,∃!(r,u)∈R∗
+×Utel que z=ru.
Preuve :
L’existence vient d’être faite. Pour l’unicité supposons que ru =r0u0sont deux telles écritures,
alors r
r0=u0
uet le premier membre est dans R∗
+alors que le second est dans U. Ainsi ils sont tous
les deux dans R∗
+∩U={1}et donc r=r0et u=u0ce qui prouve l’unicité.
Nous connaissons bien R∗
+et il nous reste à nous intéresser à U. En fait tout repose sur
l’intuition géométrique suivante : on parcourt Udans le sens inverse des aiguilles d’une montre
en partant du point d’affixe 1. On note ϕ(θ)∈Ule point obtenu après avoir parcouru une distance
égale à θ∈R+ce qu’on étend tout de suite au θ<0 en parcourant le cercle dans l’autre sens et
ainsi obtenir pour tout θ∈R,ϕ(−θ) = ϕ(θ).Géométriquement, on voit déjà que ϕ:R→Uest
surjective et que pour tout θ,θ0∈R,ϕ(θ) = ϕ(θ0)⇔(∃k∈Ztel que θ0=θ+2kπ)car le cercle
est de rayon 1 donc de périmètre égal à 2π. On peut également placer les valeurs remarquables
suivantes : ϕ(0) = 1,ϕ(π
2) = i,ϕ(−π) = −1,ϕ(3π
2) = −i.
On définit alors pour tout θ∈Rle couple de réel (cosθ,sinθ)comme étant l’unique véri-
fiant ϕ(θ) = cosθ+isinθ. On obtient ainsi deux fonctions 2π-périodiques R→Rvérifiant
cos2+sin2=1 d’après PYTHAGORE.
Le théorème de THALÈS, assure lui qu’on retrouve, éventuellement avec des nuances de
signes, les fonctions trigonométriques introduites au collège dans les triangles rectangles :
cos =coté adjacent
hypothénuse et sin =coté opposé
hypothénuse.
Par ailleurs, on remarque qu’il suffit de connaitre, par exemple, le cosinus sur l’intevalle [0,π
2]
pour connaître le sinus et le cosinus sur Rtout entier. En effet on a clairement :
1. ∀θ∈R,cos(−θ) = cosθet on connaît alors le cosinus sur [−π
2,π
2],
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