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Nombres complexes : forme trigonométrique et exponentielle

🟠 Difficile

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  1. 1

    On pose z=1+i3z = 1 + i\sqrt{3}.
    a) Détermine le module et un argument de zz, puis écris zz sous forme exponentielle.
    b) Calcule z6z^{6}.

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    a) z=12+(3)2=4=2|z| = \sqrt{1^{2} + (\sqrt{3})^{2}} = \sqrt{4} = 2.
    z=2(12+i32)z = 2\left(\frac{1}{2} + i\frac{\sqrt{3}}{2}\right), et on reconnaît cosπ3=12\cos\frac{\pi}{3} = \frac{1}{2}, sinπ3=32\sin\frac{\pi}{3} = \frac{\sqrt{3}}{2}.
    Donc arg(z)=π3\arg(z) = \frac{\pi}{3} et z=2eiπ3z = 2e^{i\frac{\pi}{3}}.

    b) z6=26ei×6×π3=64e2iπz^{6} = 2^{6}e^{i \times 6 \times \frac{\pi}{3}} = 64e^{2i\pi}.
    Or e2iπ=1e^{2i\pi} = 1.
    Donc z6=64z^{6} = 64.

  2. 2

    On pose z=1+i1iz = \dfrac{1 + i}{1 - i}.
    a) Écris zz sous forme algébrique.
    b) Donne son module et un argument, puis calcule z2025z^{2025}.

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    a) Je multiplie haut et bas par le conjugué du dénominateur.
    z=(1+i)(1+i)(1i)(1+i)=1+2i+i21i2=2i2=iz = \frac{(1+i)(1+i)}{(1-i)(1+i)} = \frac{1 + 2i + i^{2}}{1 - i^{2}} = \frac{2i}{2} = i.

    b) i=1|i| = 1 et arg(i)=π2\arg(i) = \frac{\pi}{2}, donc z=eiπ2z = e^{i\frac{\pi}{2}}.
    z2025=ei×2025×π2z^{2025} = e^{i \times 2025 \times \frac{\pi}{2}}.
    Comme i4=1i^{4} = 1, seul le reste de 2025 modulo 4 compte : 2025=4×506+12025 = 4 \times 506 + 1.
    Donc z2025=i2025=iz^{2025} = i^{2025} = i.

  3. 3

    On pose z1=2eiπ4z_{1} = 2e^{i\frac{\pi}{4}} et z2=3eiπ6z_{2} = 3e^{-i\frac{\pi}{6}}.
    a) Calcule z1z2z_{1}z_{2} et z1z2\dfrac{z_{1}}{z_{2}} sous forme exponentielle.
    b) Donne le module et un argument de z13z_{1}^{3}.

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  4. 4

    On pose z=1+iz = -1 + i.
    a) Écris zz sous forme exponentielle.
    b) Calcule z8z^{8} et donne le résultat sous forme algébrique.

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  5. 5

    a) Écris eiπ3e^{i\frac{\pi}{3}} et eiπ3e^{-i\frac{\pi}{3}} sous forme algébrique.
    b) Déduis-en la valeur de eiπ3+eiπ3e^{i\frac{\pi}{3}} + e^{-i\frac{\pi}{3}}, et retrouve la formule d'Euler pour le cosinus.

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  6. 6

    On pose z=3ei2π3z = 3e^{i\frac{2\pi}{3}}.
    a) Donne la forme algébrique de zz.
    b) Donne le module et un argument de zˉ\bar{z} et de 1z\dfrac{1}{z}.

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  7. 7

    a) Résous dans C\mathbb{C} l'équation z2=9z^{2} = -9.
    b) Résous dans C\mathbb{C} l'équation z22z+5=0z^{2} - 2z + 5 = 0.

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  8. 8

    On pose zn=(eiπ6)nz_{n} = \left(e^{i\frac{\pi}{6}}\right)^{n} pour nn entier naturel.
    a) Calcule z3z_{3}, z6z_{6} et z12z_{12}.
    b) Pour quelles valeurs de nn a-t-on zn=1z_{n} = 1 ?

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  9. 9

    On pose z=3+iz = -\sqrt{3} + i.
    a) Détermine le module et un argument de zz, puis écris zz sous forme exponentielle.
    b) Calcule z4z^{4}.

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  10. 10

    On pose z=21+i3z = \dfrac{2}{1 + i\sqrt{3}}.
    a) Écris zz sous forme algébrique.
    b) Donne son module et un argument.

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