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Nombres complexes : argument et forme trigonométrique

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  1. 1

    Pour un réel k2k \neq 2, on pose zk=(k2)+(k2)iz_{k} = (k - 2) + (k - 2)i.
    Donne, suivant les valeurs du réel k2k \neq 2, le module et un argument de zkz_{k}.

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    a) z5=3+3iz_{5} = 3 + 3i : module 18=32\sqrt{18} = 3\sqrt{2}, cosinus et sinus égaux à 22\frac{\sqrt{2}}{2}, argument π4\frac{\pi}{4}.
    z5=32(cosπ4+isinπ4)z_{5} = 3\sqrt{2}\left(\cos\frac{\pi}{4} + i\sin\frac{\pi}{4}\right).
    b) z1=33i=z5z_{-1} = -3 - 3i = -z_{5} : même module, argument π4+π=5π4\frac{\pi}{4} + \pi = \frac{5\pi}{4}, soit 3π4-\frac{3\pi}{4}.
    z1=32(cos(3π4)+isin(3π4))z_{-1} = 3\sqrt{2}\left(\cos\left(-\frac{3\pi}{4}\right) + i\sin\left(-\frac{3\pi}{4}\right)\right).
    c) zk=(k2)(1+i)z_{k} = (k - 2)(1 + i), et 1+i=2(cosπ4+isinπ4)1 + i = \sqrt{2}\left(\cos\frac{\pi}{4} + i\sin\frac{\pi}{4}\right).
    Si k>2k > 2 : k2>0k - 2 > 0, le point reste sur la même demi-droite. Module (k2)2(k - 2)\sqrt{2}, argument π4\frac{\pi}{4}.
    Si k<2k < 2 : k2<0k - 2 < 0, le point passe sur la demi-droite opposée. Module k22=(2k)2|k - 2|\sqrt{2} = (2 - k)\sqrt{2}, argument 3π4-\frac{3\pi}{4}.

  2. 2

    Soit z=4+3iz = -4 + 3i.
    Donne une valeur approchée au centième, en radians, d'un argument de z\overline{z}, de z-z et de z-\overline{z}.

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    a) z=16+9=5|z| = \sqrt{16 + 9} = 5.
    b) cosθ=45=0,8\cos\theta = -\frac{4}{5} = -0{,}8 et sinθ=35>0\sin\theta = \frac{3}{5} > 0, donc θ=arccos(0,8)2,4981\theta = \arccos(-0{,}8) \approx 2{,}4981, soit θ2,50\theta \approx 2{,}50 rad.
    c) z=43i\overline{z} = -4 - 3i : argument opposé, θ2,50-\theta \approx -2{,}50 rad.
    z=43i-z = 4 - 3i : on ajoute π à θ, soit θ+π\theta + \pi, ou encore θπ2,49813,14160,64\theta - \pi \approx 2{,}4981 - 3{,}1416 \approx -0{,}64 rad.
    z=4+3i-\overline{z} = 4 + 3i : on ajoute π à θ-\theta, soit πθ0,64\pi - \theta \approx 0{,}64 rad.
    Résultat : environ 2,50-2{,}50 rad, 0,64-0{,}64 rad et 0,640{,}64 rad.

  3. 3

    Le point M a pour affixe z=52iz = -5 - 2i.
    Donne une valeur approchée au dixième de degré d'un argument de z-z.

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  4. 4

    Les points A, B et C ont pour affixes zA=4(cosπ2+isinπ2)z_{A} = 4\left(\cos\frac{\pi}{2} + i\sin\frac{\pi}{2}\right), zB=4(cos7π6+isin7π6)z_{B} = 4\left(\cos\frac{7\pi}{6} + i\sin\frac{7\pi}{6}\right) et zC=4(cos(π6)+isin(π6))z_{C} = 4\left(\cos\left(-\frac{\pi}{6}\right) + i\sin\left(-\frac{\pi}{6}\right)\right).
    Quelle est la nature du triangle ABC ? Justifie.

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  5. 5

    Un phare est placé à l'origine d'un repère orthonormé, d'unité le kilomètre, dont l'axe réel pointe vers l'est. Un premier bateau est à 6 km du phare, dans la direction faisant un angle de π4\frac{\pi}{4} avec l'est ; un second bateau est à 4 km du phare, dans la direction faisant un angle de 3π4\frac{3\pi}{4} avec l'est.
    Calcule la distance entre les deux bateaux, en valeur exacte puis arrondie au centième de kilomètre.

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  6. 6

    Une tension s'écrit u(t)=Acos(100πt+φ)u(t) = A\cos(100\pi t + \varphi), t en secondes, avec A>0A > 0 et φ]π;π]\varphi \in \,]-\pi \,;\, \pi]. Elle est représentée par le nombre complexe U=A(cosφ+isinφ)U = A(\cos\varphi + i\sin\varphi), et l'on sait que U=6+63iU = -6 + 6\sqrt{3}\,i.
    Calcule u(0)u(0) et u(0,01)u(0{,}01).

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  7. 7

    On cherche les points M d'affixe z situés à la fois sur le cercle de centre O et de rayon 4 et sur la droite d'équation y=2y = -2.
    Détermine les affixes de ces points, sous forme trigonométrique puis sous forme algébrique.

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  8. 8

    Soit z=r(cosθ+isinθ)z = r(\cos\theta + i\sin\theta) avec r>0r > 0 et θ]0;π2[\theta \in \,\left]0 \,;\, \frac{\pi}{2}\right[. Les points M, N, P et Q ont pour affixes z, z\overline{z}, z-z et z-\overline{z}.
    Pour quelle valeur de θ le quadrilatère MQPN est-il un carré ? Justifie.

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  9. 9

    En électricité, deux tensions de même pulsation sont représentées par les nombres complexes Z1Z_{1}, de module 8 et d'argument π6\frac{\pi}{6}, et Z2Z_{2}, de module 6 et d'argument π2-\frac{\pi}{2}. La tension totale est représentée par Z1+Z2Z_{1} + Z_{2}.
    Donne le module de Z1+Z2Z_{1} + Z_{2}, arrondi au centième, et un argument de Z1+Z2Z_{1} + Z_{2}, arrondi au centième de radian.

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  10. 10

    On note Γ l'ensemble des points M d'affixe z tels que z2i=2|z - 2i| = 2, et D l'ensemble des points M d'affixe z non nulle tels que arg(z)=π6\arg(z) = \frac{\pi}{6} à 2π2\pi près.
    Détermine, sous forme algébrique, l'affixe du point commun à Γ et à D.

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