Nombres complexes

Transformer l'expression acos(ωt)+bsin(ωt){\color{red}{a\cos \left(\omega t\right)+b\sin \left(\omega t\right)}} en Acos(ωt+φ){\color{blue}{A\cos \left(\omega t+\varphi \right)}} - Exercice 3

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On considère la fonction ff définie sur R\mathbb{R} par : f(t)=23cos(6t)+2sin(6t)f\left(t\right)= 2\sqrt{3}\cos \left(6t\right)+2\sin \left(6t\right)
Question 1

Pour tout réel tt, écrire f(t)f\left(t\right) sous la forme Acos(6t+φ)A\cos \left(6t+\varphi \right) avec AA et φ\varphi à déterminer.

Correction
La fonction f(t)=23cos(6t)+2sin(6t)f\left(t\right)= 2\sqrt{3}\cos \left(6t\right)+2\sin \left(6t\right) est bien de la forme acos(ωt)+bsin(ωt)a\cos \left(\omega t\right)+b\sin \left(\omega t\right) . On identifie a=23a=2\sqrt{3} ; b=2b=2 et ω=6\omega =6
Pour pourvoir exprimer f(t)f\left(t\right) sous la forme Acos(6t+φ)A\cos \left(6t+\varphi \right). Il va falloir suivre les deux étapes suivantes.
  • Premieˋre eˊtape :\blue{\text{Première étape :}} Calculons la valeur de AA
  • La valeur de AA est égale à
    A=a2+b2A=\sqrt{a^{2} +b^{2} }
    A=(23)2+22A=\sqrt{\left(2\sqrt{3}\right)^{2} +2^{2} }
    A=12+4A=\sqrt{12+4}
    A=16A=\sqrt{16}
    Ainsi :
    A=4A=4
  • Deuxieˋme eˊtape :\blue{\text{Deuxième étape :}} Nous allons factoriser f(t)f\left(t\right) par la valeur A=4A=4
  • Soit f(t)=23cos(6t)+2sin(6t)f\left(t\right)= 2\sqrt{3}\cos \left(6t\right)+2\sin \left(6t\right) . Factorisons cette expression par A=4A=4. Cela nous donne :
    f(t)=4(23cos(6t)+2sin(6t)4)f\left(t\right)=4\left(\frac{2\sqrt{3} \cos \left(6t\right)+2\sin \left(6t\right)}{4} \right)
    f(t)=4(23cos(6t)4+2sin(6t)4)f\left(t\right)=4\left(\frac{2\sqrt{3} \cos \left(6t\right)}{4} +\frac{2\sin \left(6t\right)}{4} \right)
    f(t)=4(234cos(6t)+24sin(6t))f\left(t\right)=4\left(\frac{2\sqrt{3} }{4} \cos \left(6t\right)+\frac{2}{4} \sin \left(6t\right)\right)
    f(t)=4(32cos(6t)+12sin(6t))f\left(t\right)=4\left(\frac{\sqrt{3} }{2} \cos \left(6t\right)+\frac{1}{2} \sin \left(6t\right)\right)
    L'expression 32cos(6t)+12sin(6t)\frac{\sqrt{3} }{2} \cos \left(6t\right)+\frac{1 }{2} \sin \left(6t\right) est de la forme cos(a)cos(b)+sin(a)sin(b)\cos \left({\color{blue}{a}}\right)\cos \left({\color{red}{b}}\right)+\sin \left({\color{blue}{a}}\right)\sin \left({\color{red}{b}}\right)
    Nous devons chercher une valeur de θ\theta qui vérifie cos(θ)=32\cos \left(\theta \right)=\frac{\sqrt{3} }{2} et sin(θ)=12\sin \left(\theta \right)=\frac{1 }{2}
    A l'aide du cercle trigonométrique ci-dessous, θ=π6\theta =\frac{\pi}{6} convient car cos(θ)=32\red{\cos \left(\theta \right)=\frac{\sqrt{3} }{2} } et sin(θ)=12\green{\sin\left(\theta \right)=\frac{1 }{2} }
    Nous pouvons alors écrire que :
    f(t)=4(32cos(6t)+12sin(6t))f\left(t\right)=4\left(\red{\frac{\sqrt{3} }{2}} \cos \left(6t\right)+\green{\frac{1 }{2} }\sin \left(6t\right)\right)
    f(t)=4(cos(π6)sin(2t)+sin(π6)sin(6t))f\left(t\right)=4\left(\red{\cos \left(\frac{\pi}{6}\right)} \sin \left(2t\right)+\green{\sin \left(\frac{\pi}{6}\right)} \sin \left(6t\right)\right)
    Or, nous savons que : cos(ab)=cos(a)cos(b)+sin(a)sin(b)\cos \left({\color{blue}{a}}-{\color{red}{b}}\right)=\cos \left({\color{blue}{a}}\right)\cos \left({\color{red}{b}}\right)+\sin \left({\color{blue}{a}}\right)\sin \left({\color{red}{b}}\right)
    Ainsi :
    f(t)=4cos(6tπ6)f\left(t\right)=4\cos \left(6 t-\frac{\pi}{6} \right)

    f(t)f\left(t\right) est bien sous la forme Acos(6t+φ)A\cos \left(6t+\varphi \right) avec A=4A=4 et φ=π6\varphi=-\frac{\pi}{6} .