Les nombres complexes

Module et argument : sous forme de petits problèmes - Exercice 3

20 min
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Question 1
On donne les nombres complexes suivants z1=6i22z_{1} =\frac{\sqrt{6} -i\sqrt{2} }{2} et z2=1iz_{2} =1-i

Donner le module et un argument de z1,z2z_{1} ,z_{2} .

Correction
Commençons par calculer le module et un argument de z1z_{1}.
  • z1=(62)2+(22)2=2\left|z_{1} \right|=\sqrt{\left(\frac{\sqrt{6} }{2} \right)^{2} +\left(-\frac{\sqrt{2} }{2} \right)^{2} } =\sqrt{2}
  • Pour l'argument θ\theta on sait que :
  • {cos(θ)=partie reelle de z1module de z1sin(θ)=partie imaginaire de z1module de z1\left\{\begin{array}{ccc} {\cos \left(\theta \right)} & {=} & {\frac{\text{partie reelle de } z_{1}}{\text{module de } z_{1}} } \\ {\sin \left(\theta \right)} & {=} & {\frac{\text{partie imaginaire de } z_{1}}{\text{module de } z_{1} } } \end{array}\right.
    On a donc {cos(θ)=(62)2sin(θ)=(22)2\left\{\begin{array}{ccc} {\cos \left(\theta \right)} & {=} & {\frac{\left(\frac{\sqrt{6} }{2} \right)}{\sqrt{2} } } \\ {\sin \left(\theta \right)} & {=} & {\frac{\left(\frac{-\sqrt{2} }{2} \right)}{\sqrt{2} } } \end{array}\right.
    d'où {cos(θ)=32sin(θ)=12\left\{\begin{array}{ccc} {\cos \left(\theta \right)} & {=} & {\frac{\sqrt{3} }{2} } \\ {\sin \left(\theta \right)} & {=} & {-\frac{1}{2} } \end{array}\right.
    Avec le cercle trigonométrique on en déduit que θ=π6[2π]\theta =-\frac{\pi }{6} \left[2\pi \right] ou encore
    arg(z1)=π6[2π]\arg \left(z_{1} \right)=-\frac{\pi }{6} \left[2\pi \right]

    D'autre part, calculons le module et un argument de z2z_{2}.
  • z2=12+(1)2=2\left|z_{2} \right|=\sqrt{1^{2} +\left(-1\right)^{2} } =\sqrt{2}
  • Pour l'argument θ\theta on sait que :
  • {cos(θ)=partie reelle de z2module de z2sin(θ)=partie imaginaire de z2module de z2\left\{\begin{array}{ccc} {\cos \left(\theta \right)} & {=} & {\frac{\text{partie reelle de } z_{2}}{\text{module de } z_{2}} } \\ {\sin \left(\theta \right)} & {=} & {\frac{\text{partie imaginaire de } z_{2}}{\text{module de } z_{2} } } \end{array}\right.
    On a donc {cos(θ)=12sin(θ)=12\left\{\begin{array}{ccc} {\cos \left(\theta \right)} & {=} & {\frac{1}{\sqrt{2} } } \\ {\sin \left(\theta \right)} & {=} & {\frac{-1}{\sqrt{2} } } \end{array}\right.
    d'où {cos(θ)=22sin(θ)=22\left\{\begin{array}{ccc} {\cos \left(\theta \right)} & {=} & {\frac{\sqrt{2} }{2} } \\ {\sin \left(\theta \right)} & {=} & {-\frac{\sqrt{2} }{2} } \end{array}\right.
    Avec le cercle trigonométrique on en déduit que θ=π4[2π]\theta =-\frac{\pi }{4} \left[2\pi \right] ou encore
    arg(z2)=π4[2π]\arg \left(z_{2} \right)=-\frac{\pi }{4} \left[2\pi \right]
    Question 2

    Donner le module et un argument de z1z2\frac{z_{1} }{z_{2} } .

    Correction
  • z1z2=z1z2\left|\frac{z_{1}}{z_{2}} \right|=\frac{\left|z_{1} \right|}{\left|z_{2} \right|}
  • arg(z1z2)=arg(z1)arg(z2)\arg \left(\frac{z_{1} }{z_{2} } \right)=\arg \left(z_{1} \right)-\arg \left(z_{2} \right)
  •  D’une part :\red{\text{ D'une part :}}
    z1z2=22=1\left|\frac{z_{1} }{z_{2} } \right|=\frac{\sqrt{2} }{\sqrt{2} } =1

     D’autre part :\red{\text{ D'autre part :}}
    arg(z1z2)=arg(z1)arg(z2)\arg \left(\frac{z_{1} }{z_{2} } \right)=\arg \left(z_{1} \right)-\arg \left(z_{2} \right) équivaut successivement à :
    arg(z1z2)=π6(π4)\arg \left(\frac{z_{1} }{z_{2} } \right)=-\frac{\pi }{6} -\left(-\frac{\pi }{4} \right)
    arg(z1z2)=π6+π4\arg \left(\frac{z_{1} }{z_{2} } \right)=-\frac{\pi }{6} +\frac{\pi }{4}
    arg(z1z2)=π12[2π]\arg \left(\frac{z_{1} }{z_{2} } \right)=\frac{\pi }{12} \left[2\pi \right]
    Question 3

    Donner la forme algébrique de z1z2\frac{z_{1} }{z_{2} } .

    Correction
    z1z2=(6i22)1i\frac{z_{1} }{z_{2} } =\frac{\left(\frac{\sqrt{6} -i\sqrt{2} }{2} \right)}{1-i} équivaut successivement à
    z1z2=(6i22)(1+i)(1i)(1+i)\frac{z_{1} }{z_{2} } =\frac{\left(\frac{\sqrt{6} -i\sqrt{2} }{2} \right)\left(1+i\right)}{\left(1-i\right)\left(1+i\right)}
    D'où :
    z1z2=6+24+i624\frac{z_{1} }{z_{2} } =\frac{\sqrt{6} +\sqrt{2} }{4} +i\frac{\sqrt{6} -\sqrt{2} }{4}

    Question 4

    En déduire que cos(π12)=6+24\cos \left(\frac{\pi }{12} \right)=\frac{\sqrt{6} +\sqrt{2} }{4} et sin(π12)=624\sin \left(\frac{\pi }{12} \right)=\frac{\sqrt{6} -\sqrt{2} }{4}

    Correction

    Soit zz un nombre complexe dont le module est z\left|z\right| et θ\theta un argument de zz.
    • L'écriture trigonométrique de zz est alors z=z(cos(θ)+isin(θ))z=\left|z\right|\left(\cos \left(\theta \right)+i\sin \left(\theta \right)\right)
    • L'écriture exponentielle de zz est alors z=zeiθz=\left|z\right|e^{i\theta }
    Nous allons donner l'écriture trigonométrique de z1z2\frac{z_{1} }{z_{2} } . A l'aide de la question 22, on connaît le module et un argument de z1z2\frac{z_{1} }{z_{2} } .
    En effet : z1z2=1\left|\frac{z_{1} }{z_{2} } \right| =1 et arg(z1z2)=π12[2π]\arg \left(\frac{z_{1} }{z_{2} } \right)=\frac{\pi }{12} \left[2\pi \right]
    Donc l'écriture trigonométrique de z1z2\frac{z_{1} }{z_{2} } est z1z2=1×(cos(π12)+isin(π12))=cos(π12)+isin(π12)\frac{z_{1} }{z_{2} } =1\times \left(\cos \left(\frac{\pi }{12} \right)+i\sin \left(\frac{\pi }{12} \right)\right)=\cos \left(\frac{\pi }{12} \right)+i\sin \left(\frac{\pi }{12} \right)
    Comme z1z2=cos(π12)+isin(π12)\frac{z_{1} }{z_{2} } ={\color{blue}\cos \left(\frac{\pi }{12} \right)}+i{\color{red}\sin\left(\frac{\pi }{12} \right)}
    et que z1z2=6+24 +i624\frac{z_{1} }{z_{2} } ={\color{blue}\frac{\sqrt{6} +\sqrt{2} }{4}}\ +i\color{red}\frac{\sqrt{6} -\sqrt{2} }{4}
    Cela signifie que les parties réelles sont égales et les parties imaginaires sont égales, il vient alors que :
    cos(π12)=6+24{\color{blue}\cos \left(\frac{\pi }{12} \right)}={\color{blue}\frac{\sqrt{6} +\sqrt{2} }{4}}
    et
    sin(π12)=624{\color{red}\sin\left(\frac{\pi }{12} \right)}={\color{red}\frac{\sqrt{6} -\sqrt{2} }{4}}