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synt_001.tex

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\exo {Géométrie, équation du second degré}
 
Le nombre complexe $i$ est le nombre complexe de module $1$ et dont un
argument est $\pi /2$.
 
Le plan rapporté au repère orthonormal direct $(O, \vec u, \vec
v)$ d'unité graphique $4\cm $ est noté $\cal P$.
 
Les nombres complexes
$$
   1+i,
      \qquad \qquad
   {1\over 2} - {i\over 2}
      \qquad {\rm et}\qquad
   {i\over 2}
$$
sont respectivement notés $z_1$, $z_2$ et $z_3$.
 
Les points $M_1$, $M_2$ et $K$ du plan $\cal P$ sont les points
d'affixes respectives $z_1$, $z_2$ et $z_3$.
 
\itemnum Placer les points $M_1$, $M_2$ et $K$ dans le plan $\cal P$.
 
\itemnum Déterminer le module et l'un des arguments de chacun des
nombres complexes $z_1$ et $z_2$.
 
\itemnum Montrer que les points $M_1$ et $M_2$ sont sur un cercle de
centre $K$ dont on déterminera le rayon.
 
\item {} Tracer ce cercle dans le plan $\cal P$.
 
\itemnum Démontrer que le triangle $M_1KM_2$ est rectangle.
 
\itemnum Résoudre dans $\cset $ l'équation d'inconnue $z$
$$
   z^2 - {1\over 2} z + {1\over 8} = 0.
$$
Vérifier que le nombre complexe
$\displaystyle {
   {z_3\over z_1}
}$ est l'une des solutions de cette équation.
 
\finexo
 
\corrige
\catcode `\|=12
\itemnum
\def \epspath {%
   $HOME/tex_doc/lycee/database/term/sti/algebre/complex/}
$$
   \superboxepsillustrate {synt_001.ps}
$$
 
\itemnum Il vient 
$$
   \dresultat {|z_1| = \sqrt 2}
      \qquad {\rm d'où} \qquad
   \cases {
      \cos \theta _1 = 1/\sqrt 2 = (\sqrt 2) /2
   \cr
      \sin \theta _1 = 1/\sqrt 2 = (\sqrt 2) /2
   \cr }
      \quad \Longrightarrow
   \dresultat {\theta _1 = {\pi \over 4} \quad {\rm convient}}
$$
et, de la même façon
$$
   \dresultat {|z_2| = {1\over \sqrt 2}}
      \qquad {\rm d'où} \qquad
   \cases {
      \cos \theta _2 =  (\sqrt 2) /2
   \cr
      \sin \theta _2 = - (\sqrt 2) /2
   \cr }
      \quad \Longrightarrow
   \dresultat {\theta _2 = -{\pi \over 4} \quad {\rm convient}}
$$
 
\itemnum Calculons les distances $M_1K$ et $M_2K$. Il vient
$$\displaylines {
   M_1K = |z_3 - z_1| 
      = \left| {i\over 2} - 1 - i\right|
      = \left| -1 - {1\over 2} i\right|
      \qquad {\rm soit} \qquad
   \dresultat {M_1K = \sqrt {5\over 4}}
\cr
      {\rm et} \qquad
   M_2K = |z_3 - z_2| 
      = \left| {i\over 2} - {1\over 2} + {i\over 2}\right|
      = \left| - {1\over 2} + i\right|
      \qquad {\rm soit} \qquad
   \dresultat {M_2K = \sqrt {5\over 4}}
\cr 
}$$
ce qui prouve que \tresultat {$M_1$ et $M_2$ sont sur un même cercle de centre $K$
et de rayon $(\sqrt 5)/2$}.
 
\itemnum Comme 
$$
   M_1M_2 = |z_2 - z_1| 
     = \left| - {1\over 2} - {3\over 2} i\right|
      \qquad \hbox {il vient} \qquad
   \dresultat {M_1M_2 = \sqrt {10\over 4}}
$$
et la relation de Pythagore nous prouve que \tresultat {$M_1KM_2$
rectangle en $K$}.
 
\itemnum Pour résoudre l'équation proposée, on utilise la méthode du
discriminant. Il vient \dresultat {\Delta = -1/4}, d'où les deux
racines complexes conjuguées~:
$$
   z_A = {{1\over 2} - i {1\over 2}\over 2}
      \quad {\rm soit} \quad
   \dresultat {z_A = {1\over 4} - {1\over 4}i}
      \qquad {\rm et} \qquad
   \dresultat {z_B = {1\over 4} + {1\over 4}i}.
$$
Et on vérifie ensuite que
$$
   {z_3\over z_1} = {i\over 2 + 2i} 
      = {i (2 - 2i)\over (2 + 2i) (2 - 2i)} 
      = {2i + 2\over 8} 
      = {i + 1\over 4} = z_B,
$$
ce qui prouve que \tresultat {$z_3/z_1$ est une solution de l'équation
proposée}.
 
\fincorrige