Trigonométrie

Exercice 4 - C'est très sérieux ! - Exercice 1

30 min
50
Il faut savoir se faire plaisir !
Question 1
Résoudre, dans R\mathbb{R}, l'équation trigonométrique suivante :

(E1):sin(πln(x))+cos(πln(x))=1(E_1) \,\, : \,\, \sin \left( \pi \ln(x) \right) + \cos \left( \pi \ln(x) \right)= 1

Correction
L'ensemble des solutions xx recherchées doivent toutes appartenir à R\mathbb{R}^\star (ceci à cause de la présence des termes ln(x)\ln(x).
Posons X=πln(x)X = \pi \ln(x). L'équation devient alors :
(E1):sin(X)+cos(X)=1(E_1) \,\, : \,\, \sin \left( X \right) + \cos \left( X \right) = 1
Soit encore :
(E1):12sin(X)+12cos(X)=12(E_1) \,\, : \,\, \dfrac{1}{\sqrt{2}} \sin \left( X \right) + \dfrac{1}{\sqrt{2}} \cos \left( X \right) = \dfrac{1}{\sqrt{2}}
On recherche donc un nombre réel θ\theta qui vérifient les deux conditions :
{cos(θ)=12sin(θ)=12θ=π4\left\lbrace \begin{array}{rcl} \cos(\theta) & = & \dfrac{1}{\sqrt{2}} \\ & & \\ \sin(\theta) & = & \dfrac{1}{\sqrt{2}} \\ \end{array} \right. \,\,\,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\,\,\, \theta=\dfrac{\pi}{4}
Ceci nous permet d'écrire que :
cos(Xπ4)=12\cos\left( X - \dfrac{\pi}{4} \right) = \dfrac{1}{\sqrt{2}}
Ce qui s'écrit encore :
cos(Xπ4)=cos(π4)\cos\left( X - \dfrac{\pi}{4} \right) = \cos\left( \dfrac{\pi}{4} \right)
Ainsi, avec kZk \in \mathbb{Z}, on a :
{Xπ4=π4+2kπouXπ4=π4+2kπ{X=π4+π4+2kπouX=π4π4+2kπ{X=π2+2kπouX=0+2kπ\left\lbrace \begin{array}{rcr} X - \dfrac{\pi}{4} & = & \dfrac{\pi}{4} + 2k\pi \\ & \text{ou} & \\ X - \dfrac{\pi}{4} & = & -\dfrac{\pi}{4} +2k\pi \\ \end{array} \right. \,\,\,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\,\,\, \left\lbrace \begin{array}{rcr} X & = & \dfrac{\pi}{4} + \dfrac{\pi}{4} + 2k\pi \\ & \text{ou} & \\ X & = & \dfrac{\pi}{4} -\dfrac{\pi}{4} + 2k\pi \\ \end{array} \right. \,\,\,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\,\,\, \left\lbrace \begin{array}{rcr} X & = & \dfrac{\pi}{2} + 2k\pi \\ & \text{ou} & \\ X & = & 0 + 2k\pi \\ \end{array} \right.
Soit encore :
{πln(x)=π2+2kπouπln(x)=2kπ{ln(x)=12+2kouln(x)=2k\left\lbrace \begin{array}{rcr} \pi \ln(x) & = & \dfrac{\pi}{2} + 2k\pi \\ & \text{ou} & \\ \pi \ln(x) & = & 2k\pi \\ \end{array} \right. \,\,\,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\,\,\, \left\lbrace \begin{array}{rcr} \ln(x) & = & \dfrac{1}{2} + 2k \\ & \text{ou} & \\ \ln(x) & = & 2k \\ \end{array} \right.
Donc :
{x=e12+2koux=e2k\left\lbrace \begin{array}{rcr} x & = & e^{\frac{1}{2} + 2k} \\ & \text{ou} & \\ x & = & e^{2k} \\ \end{array} \right.
Finalement, l'ensemble SE1\mathcal{S}_{E_1} des solutions de l'équation (E1)(E_1) sont :
SE1:{x=e2k+12oux=e2kavec :kZ}{\color{red}{\boxed{ \mathcal{S}_{E_1} : \left\lbrace x =e^{2k + \frac{1}{2}} \hspace{0.5cm} \text{ou} \hspace{0.5cm} x = e^{2k} \hspace{0.5cm}\text{avec :} \,\,\, k\in \mathbb{Z}\right\rbrace}}}