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Fonctions trigonométriques

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  1. 1

    Soit x un réel de l'intervalle [π2\frac{\pi }{2} ; π] tel que sin(x) = 14\frac{1}{4}.
    a) Calculer la valeur exacte de cos(x).
    b) En déduire cos(π + x) et sin(π − x).
    c) Calculer cos(π2\frac{\pi }{2} − x) et sin(π2\frac{\pi }{2} + x).

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    a) Relation fondamentale : cos²(x) = 1 − sin²(x) = 1 − (14\frac{1}{4})² = 1 − 116\frac{1}{16} = 1616\frac{16}{16}116\frac{1}{16} = 1516\frac{15}{16}.
    Donc cos(x) = 154\frac{\sqrt{15}}{4} ou cos(x) = −154\frac{\sqrt{15}}{4}.
    Comme x appartient à [π2\frac{\pi }{2} ; π] (deuxième quadrant), cos(x) ≤ 0.
    Donc cos(x) = −154\frac{\sqrt{15}}{4}.
    b) cos(π + x) = −cos(x) = −(−154\frac{\sqrt{15}}{4}) = 154\frac{\sqrt{15}}{4}.
    sin(π − x) = sin(x) = 14\frac{1}{4}.
    c) cos(π2\frac{\pi }{2} − x) = sin(x) = 14\frac{1}{4}.
    sin(π2\frac{\pi }{2} + x) = cos(x) = −154\frac{\sqrt{15}}{4}.

  2. 2

    On s'intéresse à l'équation 2sin(x) = 1.
    a) Résoudre sin(x) = 12\frac{1}{2} sur [0 ; 2π].
    b) Donner l'ensemble de toutes les solutions réelles.
    c) Combien y a-t-il de solutions dans l'intervalle [0 ; 6π] ?

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    L'équation 2sin(x) = 1 équivaut à sin(x) = 12\frac{1}{2}.
    a) Valeur remarquable : sin(π6\frac{\pi }{6}) = 12\frac{1}{2}. Le second point du cercle d'ordonnée 12\frac{1}{2} est associé à π − π6\frac{\pi }{6} = 5π6\frac{5\pi }{6}.
    Solutions dans [0 ; 2π] : x = π6\frac{\pi }{6} ou x = 5π6\frac{5\pi }{6}.
    b) En ajoutant tous les tours possibles (période 2π), les solutions réelles sont :
    x = π6\frac{\pi }{6} + 2kπ ou x = 5π6\frac{5\pi }{6} + 2kπ, avec k entier relatif.
    c) Dans [0 ; 6π], on prend k = 0, 1, 2 pour chaque famille.
    Famille π6\frac{\pi }{6} + 2kπ : π6\frac{\pi }{6}, 13π6\frac{13\pi }{6}, 25π6\frac{25\pi }{6} (car 25π6\frac{25\pi }{6} ≈ 13,1 ≤ 6π ≈ 18,8), soit 3 solutions.
    Famille 5π6\frac{5\pi }{6} + 2kπ : 5π6\frac{5\pi }{6}, 17π6\frac{17\pi }{6}, 29π6\frac{29\pi }{6} (car 29π6\frac{29\pi }{6} ≈ 15,2 ≤ 6π), soit 3 solutions.
    Total : 6 solutions dans [0 ; 6π].

  3. 3

    Soit x un réel tel que cos(x) + sin(x) = 12\frac{1}{2}.
    a) En élevant l'égalité au carré, montrer que cos(x) × sin(x) = −38\frac{3}{8}.
    b) Calculer (cos(x) − sin(x))².
    c) En déduire les deux valeurs possibles de cos(x) − sin(x).

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  4. 4

    Pour tout réel x, on pose A = cos(π − x) + cos(π + x) et B = sin(π2\frac{\pi }{2} + x) + sin(π2\frac{\pi }{2} − x).
    a) Simplifier A en fonction de cos(x).
    b) Simplifier B en fonction de cos(x).
    c) En déduire une expression simple de A + B.

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  5. 5

    On veut résoudre l'équation cos(2x) = 12\frac{1}{2} sur l'intervalle [0 ; 2π].
    a) Résoudre d'abord cos(t) = 12\frac{1}{2} pour t réel (toutes les solutions).
    b) En posant t = 2x, en déduire toutes les solutions réelles de cos(2x) = 12\frac{1}{2}.
    c) Donner les solutions appartenant à [0 ; 2π].

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  6. 6

    Dans un cercle de centre O et de rayon 6 cm, on considère des arcs de cercle.
    a) Calculer la longueur de l'arc intercepté par un angle au centre de mesure 2π3\frac{2\pi }{3} rad.
    b) Un autre arc du même cercle a pour longueur 9π cm : quelle est, en radians, la mesure de l'angle au centre correspondant ?
    c) Convertir cette dernière mesure en degrés.

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  7. 7

    Pour chacun des réels suivants, préciser dans quel quadrant se trouve le point M du cercle trigonométrique et donner les signes de cos et de sin.
    a) x = 3π4\frac{3\pi }{4}
    b) x = 7π6\frac{7\pi }{6}
    c) x = 11π6\frac{11\pi }{6}
    d) Donner de plus les valeurs exactes de cos(3π4\frac{3\pi }{4}) et sin(3π4\frac{3\pi }{4}).

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  8. 8

    On cherche les réels x de [0 ; 2π] tels que sin(x) = cos(x).
    a) En utilisant un angle associé, montrer que l'équation équivaut à cos(π2\frac{\pi }{2} − x) = cos(x).
    b) Résoudre cette équation sur [0 ; 2π].
    c) Vérifier le résultat en calculant cos et sin pour les solutions trouvées.

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  9. 9

    Pour tout réel x, on pose F(x) = cos(π − x) + 2sin(π2\frac{\pi }{2} + x).
    a) Exprimer cos(π − x) en fonction de cos(x).
    b) Exprimer sin(π2\frac{\pi }{2} + x) en fonction de cos(x).
    c) En déduire une expression simplifiée de F(x).
    d) Calculer F(π6\frac{\pi }{6}) puis F(π).

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  10. 10

    Soit x un réel de [0 ; π2\frac{\pi }{2}] tel que 5cos(x) = 3.
    a) Déterminer cos(x) puis sin(x).
    b) Calculer cos(x) + sin(x) et cos(x) − sin(x).
    c) Calculer le produit cos(x) × sin(x).
    d) Vérifier l'égalité (cos(x) + sin(x))² − (cos(x) − sin(x))² = 4cos(x)sin(x).

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  11. 11

    Soit f la fonction définie sur ℝ par f(x) = cos(x).
    a) En utilisant la parité et la périodicité, expliquer pourquoi l'étude sur [0 ; π] suffit à connaître toute la courbe.
    b) Dresser le tableau de variations de f sur [0 ; π].
    c) Donner les coordonnées des points de la courbe d'abscisses 0, π2\frac{\pi }{2} et π, et préciser lesquels sont un maximum ou un minimum.

    1−1πy = cos(x)
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