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cplx_003.tex

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%% niveau               bts mai
%% genre                nombres complexes
%% sujet                calcul sous forme trigo
%% date                 01-10-97
%% auteur               jp vignault             
 
\exo {Forme exponentielle d'un nombre complexe}
 
On considère les nombres complexes
$$
   a = -2\sqrt2 + 2i\sqrt2,
      \qquad
   b = -2 -2i\sqrt3, 
      \qquad
   c = 2\sqrt3 - 2i.
$$
On appelle $A$, $B$ et $C$ leurs images respectives dans le plan
muni d'un repère orthonormal $(O, \vec u, \vec v\,)$.
 
\itemitemalphnum Calculer les modules de $a$, $b$ et $c$. 
 
\itemitemalph En déduire que les points $A$, $B$ et $C$ sont tous sur
un même cercle $\cal C$ dont on précisera le centre et le rayon.
 
\itemnum Donner un argument de chacun des nombres $a$, $b$ et
$c$.
 
\itemnum Déterminer la forme exponentielle, puis la forme
algébrique, du nombre complexe 
$$
   Z = {a^3 \times b^3 \over c^6}.
$$
 
\item{} Montrer que $Z^4 = -1$.
 
\itemnum On appelle $N$ le point image de $Z$.
Représenter $A$, $B$, $C$, $N$ et $\cal C$ dans le repère donné.
On prendra 1~cm (ou un grand carreau) pour unité.
 
\finexo
 
\corrige
 
\itemalphnum On trouve \tresultat{$|a| = |b| = |c| = 4$}. On en déduit 
l'égalité de distances $OA = OB = OC = 4$. 
 
\itemalph Les points $A$,
$B$, et $C$ sont donc tous sur le même cercle $\cal C$ de centre
$O$ et de rayon~4. 
 
\itemnum Pour les calculs d'argument, on trouve
$$\displaylines{
   \cases{
      \cos \theta_a = -\sqrt2/2
   \cr
      \sin  \theta_a = \sqrt2/2
   \cr} \Rightarrow \tresultat{$\theta_a = {3\pi\over4} + 2k\pi$},
      \qquad
   \cases{
      \cos \theta_b = -1/2
   \cr
      \sin  \theta_b = -\sqrt3/2
   \cr} \Rightarrow \tresultat{$\theta_b = -{2\pi\over3} + 2k\pi$}
\cr
   \cases{
      \cos \theta_c = \sqrt3/2
   \cr
      \sin  \theta_c = -1/2
   \cr} \Rightarrow \tresultat{$\theta_c = -{\pi\over6} + 2k\pi$}
\cr
}$$
Finalement,
$$
   \dresultat {a = \left[ 4, {3\pi\over4} \right] = 4 e^{3i\pi /4}}, 
         \qquad
   \dresultat {
      b = \left[ 4, -{2i\pi\over3} \right] = 4 e^{-{2i\pi /3}}}, 
         \qquad
   \dresultat {
      c = \left[ 4, -{\pi\over6} \right] = 4 e^{-{i\pi /6}}}.
$$
 
\itemnum En calculant maintenant $Z$ avec les formules de calcul sous
         forme exponentielle, il vient 
$$
   Z = {a^3 \times b^3 \over c^6} =
   {\left[ 4^3, {9\pi\over4} \right] \times \left[ 4^3, -2\pi\right]   
      \over \left[ 4^6, -\pi\right]}
   = \left[1, {9\pi\over4} + \pi \right] = 
   \dresultat {\left[ 1, {5\pi\over4}\right] = Z} 
$$
Finalement, $Z = \cos \left( 5\pi\over4\right) + i \sin \left(
5\pi\over4\right)$, soit \dresultat {Z = -{\sqrt2\over2} - i{\sqrt2\over2}}  
 
\item{} Et on a bien $Z^4 = \left[ 1, 5\pi\right] = \left[ 1,
\pi\right] = e^{i\pi }$. Autrement dit, \tresultat{$Z^4 = -1$} 
 
\def \epspath {%
   $HOME/tex_doc/lycee/database/term/sti/algebre/complex/}
 
\epsfxsize 80mm
\itemnum 
$$
   \superboxepsillustrate {cplx_003.ps}
$$
 
\fincorrige