Les nombres complexes

Ensemble de points à l'aide de la partie réelle ou imaginaire d'un nombre complexe - Exercice 6

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Question 1

Soit zz un nombre complexe différent de 3+2i-3+2i, écrit sous la forme z=x+iyz=x+iyxx et yy sont deux réels.
Calculez le nombre complexe Z=z1+iz+32iZ=\frac{z-1+i}{z+3-2i} sous forme algébrique.

Correction
Z=z1+iz+32iZ=\frac{z-1+i}{z+3-2i} équivaut successivement à :
Z=x+iy1+ix+iy+32iZ=\frac{x+iy-1+i}{x+iy+3-2i}
Z=x+iy1+ix+3+i(y2)Z=\frac{x+iy-1+i}{x+3+i\left(y-2\right)}
Z=(x+iy1+i)(x+3i(y2))(x+3+i(y2))(x+3i(y2))Z=\frac{\left(x+iy-1+i\right)\left(x+3-i\left(y-2\right)\right)}{\left(x+3+i\left(y-2\right)\right)\left(x+3-i\left(y-2\right)\right)}
Z=(x+iy1+i)(x+3iy+2i)(x+3)2+(y2)2Z=\frac{\left(x+iy-1+i\right)\left(x+3-iy+2i\right)}{\left(x+3\right)^{2} +\left(y-2\right)^{2} }
Z=x2+3xiyx+2ix+iyx+3iyi2y2+2i2yx3+iy2i+ix+3ii2y+2i2(x+3)2+(y2)2Z=\frac{x^{2} +3x-iyx+2ix+iyx+3iy-i^{2} y^{2} +2i^{2} y-x-3+iy-2i+ix+3i-i^{2} y+2i^{2} }{\left(x+3\right)^{2} +\left(y-2\right)^{2} }
Z=x2+3xiyx+2ix+iyx+3iy+y22yx3+iy2i+ix+3i+y2(x+3)2+(y2)2Z=\frac{x^{2} +3x-iyx+2ix+iyx+3iy+y^{2} -2y-x-3+iy-2i+ix+3i+y-2}{\left(x+3\right)^{2} +\left(y-2\right)^{2} }
Z=x2+3xiyx+2ix+iyx+3iy+y22yx3+iy2i+ix+3i+y2(x+3)2+(y2)2Z=\frac{x^{2} +3x-iyx+2ix+iyx+3iy+y^{2} -2y-x-3+iy-2i+ix+3i+y-2}{\left(x+3\right)^{2} +\left(y-2\right)^{2} }
Z=x2+y2+2x+3ix+4iyy+i5(x+3)2+(y2)2Z=\frac{x^{2} +y^{2} +2x+3ix+4iy-y+i-5}{\left(x+3\right)^{2} +\left(y-2\right)^{2} }
Z=x2+y2+2xy5(x+3)2+(y2)2+i×3x+4y+1(x+3)2+(y2)2Z=\frac{x^{2} +y^{2} +2x-y-5}{\left(x+3\right)^{2} +\left(y-2\right)^{2} } +i\times \frac{3x+4y+1}{\left(x+3\right)^{2} +\left(y-2\right)^{2} }
On a donc la partie réelle de ZZ qui vaut Re(Z)=x2+y2+2xy5(x+3)2+(y2)2Re\left(Z\right)=\frac{x^{2} +y^{2} +2x-y-5}{\left(x+3\right)^{2} +\left(y-2\right)^{2} }
et la partie imaginaire de ZZ qui vaut Im(Z)=3x+4y+1(x+3)2+(y2)2Im\left(Z\right)=\frac{3x+4y+1}{\left(x+3\right)^{2} +\left(y-2\right)^{2} }
Question 2

Déterminer et représenter dans le repère (0;u;v)\left(0;\vec{u} ;\vec{v} \right) l'ensemble (E)\left(E\right) des points MM d'affixe zz tels que ZZ soit un réel.

Correction
ZZ est un réel si et seulement si la partie Imaginaire de ZZ est nulle, c'est-à-dire Im(Z)=0Im\left(Z\right)=0
2yx+3x+4y+1(x+3)2+(y2)2=0\frac{-2yx+3x+4y+1}{\left(x+3\right)^{2} +\left(y-2\right)^{2} } =0 équivaut successivement à
2yx+3x+4y+1=0 et z3+2i-2yx+3x+4y+1=0{\text{ et }}z\ne -3+2i (on indique z3+2iz\ne -3+2i car c'est la valeur interdite de ZZ)
2yx+4y=3x1 et z3+2i-2yx+4y=-3x-1{\text{ et }}z\ne -3+2i
y(2x+4)=3x1 et z3+2iy\left(-2x+4\right)=-3x-1{\text{ et }}z\ne -3+2i
y=3x12x+4 et z3+2iy=\frac{-3x-1}{-2x+4} {\text{ et }}z\ne -3+2i et x2x\ne2
L'ensemble (E)\left(E\right) des points MM d'affixe zz tels que ZZ soit un réel est la courbe d'équation y=3x12x+4y=\frac{-3x-1}{-2x+4} privé du point d'affixe 1+i1+i et de la droite verticale x=2x=2.
Question 3

Déterminer et représenter dans le repère (0;u;v)\left(0;\vec{u} ;\vec{v} \right) l'ensemble (F)\left(F\right) des points MM d'affixe zz tels que ZZ soit un imaginaire pur.

Correction
ZZest un imaginaire pur si et seulement si la partie réelle de ZZ est nulle, c'est-à-dire Re(Z)=0Re\left(Z\right)=0
x2+y2+2xy5(x+3)2+(y2)2=0\frac{x^{2} +y^{2} +2x-y-5}{\left(x+3\right)^{2} +\left(y-2\right)^{2} } =0
x2+y2+2xy5=0 et z3+2ix^{2} +y^{2} +2x-y-5=0{\text{ et }}z\ne -3+2i (on indique z3+2iz\ne -3+2i car c'est la valeur interdite de ZZ)
x2+2x+y2y5=0 et z3+2ix^{2} +2x+y^{2} -y-5=0{\text{ et }}z\ne -3+2i
(x+1)212+(y12)2(12)25=0 et z3+2i\left(x+1\right)^{2} -1^{2} +\left(y-\frac{1}{2} \right)^{2} -\left(\frac{1}{2} \right)^{2} -5=0{\text{ et }}z\ne -3+2i
(x+1)21+(y12)2145=0 et z3+2i\left(x+1\right)^{2} -1+\left(y-\frac{1}{2} \right)^{2} -\frac{1}{4} -5=0{\text{ et }}z\ne -3+2i
(x+1)2+(y12)2=5+1+14 et z3+2i\left(x+1\right)^{2} +\left(y-\frac{1}{2} \right)^{2} =5+1+\frac{1}{4}{\text{ et }}z\ne -3+2i
(x+1)2+(y12)2=254 et z3+2i\left(x+1\right)^{2} +\left(y-\frac{1}{2} \right)^{2} =\frac{25}{4}{\text{ et }}z\ne -3+2i
(x+1)2+(y12)2=(52)2 et z3+2i\left(x+1\right)^{2} +\left(y-\frac{1}{2} \right)^{2} =\left(\frac{5}{2} \right)^{2}{\text{ et }}z\ne -3+2i
L'ensemble (F)\left(F\right) des points MM d'affixe zz tels que ZZ soit un imaginaire pur est le cercle de centre Ω(1;12)\Omega \left(-1;\frac{1}{2} \right) et de rayon 52\frac{5}{2} privé du point d'affixe 3+2i-3+2i.