Corrigé N°136 – Trigonométrie, angles associés, vecteurs – Première S

septembre 7th, 2016

Category: Corrigé et Astuces, Première S, Trigonométrie, Vecteur et Produits Scalaires

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Corrigé N°136 :

Exercice : Trigonométrie – Angles associés et formules vecteurs – Première S

1) Exprimer A = cos(x + 2π) – sin(π – x) + cos(π + x) – sin(-x) :

Tu vois quatre termes différents qu’il faut gérer en quatre étapes.

D’abord cos(x + 2π) :

Ajouter 2π à l’angle x, c’est faire un tour complet de cercle trigo et revenir à l’angle x.

trigonométrie tour complet cercle

Cela veut dire que le fait d’ajouter 2π, d’enlever 2&pPi;, ou des multiples de 2π (4&pPi;, 6π, etc) ne change à la valeur du cosinus (et du sinus).

On a donc comme formule : Pour tout x, cos(x + 2π) = cos(x).

Ensuite sin(π – x)

Dans les questions comme ça avec des π-x, des π+x, etc, il faut toujours se ramener un quart de cercle Nord-Est pour dessiner x. Ce quart Nord-Est représente le cos(x) et le sin(x).

trigonométrie quart nord est

J’attire ton attention sur une chose, tu vois cet angle x plus bas que haut, en dessous de π/4.
Il y a un trait horizontal qui fait la largeur en dessous de l’angle, c’est le cosinus en rouge.
Il y a un trait vertical qui fait la hauteur à gauche de l’angle, c’est le sinus en vert.
Les deux traits ont différentes longueurs ici.

Et comme l’angle est en haut à gauche, le sinus et le cosinus sont tous les deux positifs (indiqués par le signe +).

Maintenant, il faut dessiner π-x pour comparer ! C’est là que tu dois dessiner le cercle trigo avec x en haut à droite et le π-x.

pi moins x angle trigo

En haut à droite, tu retrouves l’angle x avec son cosinus rouge en largeur et son sinus vert ne hauteur.
Comme l’angle est à droite, le cosinus est positif (+).
Comme l’angle est au dessus de l’axe des abscisse, le sinus est positif (+).

Pour trouver l’emplacement π-x, tu vas tout à gauche puis tu remontes à l’envers pour enlever le x (du même écartement/angle) que le x à droite.

Là encore, il faut tracer le trait horizontal en dessous de l’angle. C’est la largeur cosinus(π-x) rouge.
Comme ce cosinus va vers la gauche de l’axe des ordonnées, il est négatif.

Là encore, tu peux tracer le trait vertical à côté de l’angle. C’est la hauteur sinus(π-x) vert. Comme ce sinus va au dessus de l’axe des abscisses, il est positif.

Il faut comparer les longueurs des traits cos(π-x) et sin(π-x) avec ceux de cos(x) et sin(x). Ces longueurs sont les valeurs !

On s’aperçoit que les traits des cosinus ont même longueur donc:
cos(π-x) = +cos(x) ou cos(π-x) = -cos(x).
On regarde les signes, l’un des cosinus est “moins-“ et l’autre est “plus+”.
Du coup, cos(π-x) = -cos(x) car ils n’ont pas le même signe.

De plus, on s’aperçoit que les traits des sinus ont même longueur donc:
sin(π-x) = +sin(x) ou sin(π-x) = -sin(x).
On regarde les signes, les deux sinus sont “plus+”.
Du coup, sin(π-x) = +sin(x) car ils sont de même signe.

Conclusion et Rédaction : D’après le cours, sin(π – x) = sin(x).

Puis cos(π + x)

Même méthode. On refait un cercle trigonométrique analogue au précédent. Cette fois, tu vas jusqu’à π à gauche et tu continues pour ajouter +x. Le sinus sera cette fois vers le bas car on repasse en dessous de l’axe des abscisses : il est donc négatif.

pi plus x trigonométrie

Il faut comparer les longueurs des traits cos(π+x) et sin(π+x) avec ceux de cos(x) et sin(x). Ces longueurs sont les valeurs !

On s’aperçoit que les traits des cosinus ont même longueur donc:
cos(π+x) = +cos(x) ou cos(π+x) = -cos(x).
On regarde les signes, l’un des cosinus est “moins-“ et l’autre est “plus+”.
Du coup, cos(π+x) = -cos(x) car ils n’ont pas le même signe.

On s’aperçoit que les traits des sinus ont même longueur donc:
sin(π+x) = +sin(x) ou sin(π+x) = -sin(x).
On regarde les signes, l’un des sinus est “moins-“ et l’autre est “plus+”.
Du coup, sin(π+x) = -sin(x) car ils n’ont pas le même signe.

Conclusion et Rédaction : D’après le cours, cos(π + x) = -cos(x).

Enfin sin(-x)

Dessine le cercle, c’est surtout la droite du cercle qui servira.

trigonométrie parité sinus et cosinus

Compare les cosinus de -x et x. Ils sont identiques car ils vont tous les deux vers la droite.
Compare les sinus de -x et x. Ils sont opposés car l’un va vers le haut et l’autre vers le bas.

Conclusion et Rédaction : D’après le cours, sin(-x) = -sin(x).

Rassemblons tout :

Rédaction :
A = cos(x + 2π) – sin(π – x) + cos(π + x) – sin(-x)
= cos(x) – sin(x) + (-cos(x)) – (-sin(x)) (d’après ce qu’on a vu plus haut)
= cos(x) – sin(x) – cos(x) + sin(x)
= 0.

Donc A = 0.

2) Exprimer B = 2sin(x + 5π) + cos(x + π/2) + cos(x) – 3sin(x + π/2) :

Tout d’abord sin(x + 5π) :

Comme vu plus haut, il y a trop de π dans 5π. Comme la fonction sinus est périodique de période &2pi;, on peut enlever des &2pi; sans problème.

Rédaction :
sin(x + 5π)
= sin(x + 3π) (car sin est 2pi;-périodique)
= sin(x + 1π) (car sin est 2pi;-périodique)
= sin(π + x)
= -sin(x) (d’après le cours et vu dans la question 1)).

Ensuite cos(x + π/2) :

Celui-là n’est pas facile, c’est reparti pour le dessin d’un cercle trigonométrique avec l’angle x en haut à droite. Comme on ajoute π/2), tu dessineras l’angle x+π/2 un quart de tour plus loin (car π/2 c’est un quart de tour et π c’est un demi-tour).

angle associé pi sur deux plus x

Comparons maintenant le cos(x + π/2) avec cos(x) et sin(x).
Si tu regardes de près les longueurs, celle de cos(x + π/2) en rouge est égale à celle de sin(x) en vert (les petites longueurs).
Or, cos(x + π/2 est vers la gauche, il est dans les “moins-“. Et sin(x) est vers le haut, il est dans les “plus+”.

Donc ils ne sont pas de même signe. Du coup :
cos(x + π/2) = -sin(x)

Comparons maintenant le sin(x + π/2) avec cos(x) et sin(x).
Si tu regardes de près les longueurs, celle de sin(x + π/2) en vert est égale à celle de cos(x) en rouge (les grandes longueurs).
Or, sin(x + π/2 est vers le haut, il est dans les “plus+”. Et cos(x) est vers la gauche, il est dans les “plus+”.

Donc ils sont de même signe. Du coup :
sin(x + π/2) = cos(x)

Conclusion et Rédaction : D’après le cours, cos(x + π/2) = -sin(x).

Enfin sin(x + π/2) :

C’est la situation précédente.
Rédaction : D’après le cours, sin(x + π/2) = cos(x).

Rassemblons tout :

B = 2sin(x + 5π) + cos(x + π/2) + cos(x) – 3sin(x + π/2)
= 2(-sin(x)) + (-sin(x)) + cos(x) – 3cos(x) (d’après ce qu’on a vu précédemment)
= -3sin(x) – 2cos(x).

Donc B = -3sin(x) – 2cos(x).

3) Démontrer que : (->AB, ->AD) + (->DA, ->DC) + (->CD, ->CB) + (->BC, ->BA) = 0 :

Déjà, tu peux voir qu’il y a des vecteurs opposés. Ce serait bien de retrouver les mêmes vecteurs partout. Par exemple transformons ->DA = -sup>->AD.

Rédaction :
En partant du membre de gauche :
(->AB, ->AD) + (->DA, ->DC) + (->CD, ->CB) + (->BC, ->BA)
= (->AB, ->AD) + (-->AD, –->CD) + (->CD, –->BC) + (->BC, –->AB) (***)

Que faire avec les moins ?

Angles moins pi

Enlever un “moins-” à un vecteur, c’est prendre son opposé. La conséquence sur les angles est qu’on ajoute π car on fait un demi-tour supplémentaire en prenant l’opposé.

On voit sur le dessin que :
(->u, –->v) = (->u, ->v) + π.
Ajoutons π à chaque fois qu’on enlève un “moins-” à un vecteur.

Rédaction :
(***)
= (->AB, ->AD) + (->AD, ->CD) + π + π + (->CD, ->BC) + π + (->BC, ->AB) + π
= (->AB, ->AD) + (->AD, ->CD) + (->CD, ->BC) + (->BC, ->AB) + 4π
= (->AB, ->AD) + (->AD, ->CD) + (->CD, ->BC) + (->BC, ->AB) + 0 (car les multiples de 2π font des angles nuls)
= (->AB, ->CD) + (->CD, ->BC) + (->BC, ->AB) (avec la relation de Charles, on peut enlever les deux vecteurs ->AD qui se suivent car si tu vas de ->u vers ->v, puis de ->v vers ->w, c’est comme aller de ->u vers ->w)
= (->AB, ->BC) + (->BC, ->AB) (idem avec ->CD)
= (->AB, ->AB) (idem avec ->AB)
= 0 (car il n’y a pas d’angle entre deux fois le même vecteur).

Bonne compréhension,
Sylvain

astuces exercices maths corrigé

Corrigé précédent : Corrigé N°121 – Vecteurs, expressions, relation de Chasles – Seconde

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