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Pro. Benmoussa Med Niveau : 2 P.C. ET 2 S.V.T. - Cours LES NOMBRES COMPLEXE page II.. z 1, cos i sin Approche sur l’ensemble des nombres complexes : a. Activité : 1. On considère l’équation x : x2 1 0. Cette équation n’a pas de solution dans. Qui impose au mathématique d’utiliser le nombre i qui n’est pas réel mais c’est un nombre imaginaire tel que : i 2 i 1 par suite l’équation admet 2 2 solutions i et -i mais dans un autre ensemble appelé ensemble des nombres complexes , noté tel que est muni des deux opérations l’addition notée et la multiplication notée et qui ont mêmes propriétés de l’addition et de la multiplication dans. 2. On considère l’équation : E : x 2 2x 2 0. Vérifie que l’équation E s’écrit de la forme suivante : E : x 1 1 0. 2 Vérifie que 1 i et 1 i sont solutions de E . b. Vocabulaire et notation : Les nombres 1 i et 1 i sont appelés nombres complexes. En général : un nombre complexe est écrit de la forme z a bi avec a et b . Le nombre complexe : z' a bi avec a et b est appelé le nombre complexe conjugué de z noté z d’où z a bi Exemple : z 2 5i et z'= 7 3i z 2 5i =2 5 i et z'= 7 3i 7 3i L’écriture z a bi avec a et b est appelée l’écriture ( ou la forme ) algébrique de z. Le réel a est appelé la partie réelle et on note Re z a. Exemple : Re 2 3i 2. Le réel b est appelé la partie imaginaire et on note Im z b. Exemple : Im 2 3i 3. c. Définition : Un nombre complexe est un nombre tel que son écriture est de la forme z a bi avec a et b de , i est un nombre imaginaire avec i 2 1. Les nombres complexes constituent un ensemble est appelé ensemble des nombres complexes , on note. L’ensemble est muni des deux opérations l’addition notée et la multiplication notée v et qui ont mêmes propriétés de l’addition et de la multiplication dans ( commutativité – associativité …. ). a bi a' b'i a a' et b b'. IIII.. Operations dans l’ensemble : a. Operations : z x yi et z' x' y'i de avec x et y et x' et y' de. on a : Addition dans : z z' x yi x' y'i x x' y y' i. x, y;x'et y' Multiplication dans : z z ' x yi x' y 'i xx' yy ' xy ' yx' i. cas particulier k : k.z k. x yi kx kyi. -1- Pro. Benmoussa Med Niveau : 2 P.C. ET 2 S.V.T. - Cours LES NOMBRES COMPLEXE page 1 z' 1 x' y'i L’inverse de z a bi 0 a, b 0, 0 : 1 1 x' y' i z' x' y'i z'z' x' y'i x' y'i x'² y'² x'² y'² z x yi z z' 1 Le quotient de z par z ' : zz' z ' x' y 'i z ' z ' z ' z ' 1 xx' yy ' yx' xy ' 2 2 x yi x' y 'i i x' y ' x '2 y '2 x '2 y '2 b. Applications : z z' 1 5i 2 3i 3 2i. z z' 1 5i 2 3i 1 2 5i 3i 1 3 5 2 i 17 7i 3 z 3 1 5i 3 15i et 2 3i 2 3i 22 32 =13. 1 1 z' 2 3i 2 3i 2 3i 2 3i 2 3 2 i 2 3 2 32 22 2 3 i 13 13 z 1 5i z' 2 3i 1 5i 2 3i 2 3i 2 3i 1 2 5i 3i 5i 2 1 3i 22 32 22 32 13 13 i 13 13 1 i z1 2 5i 4 2i 2 4 5 2 6 3i z 2 2 5i 3i 4 2i 2 5i 12i 6 8 17i. z 3 2 5i 4 2i 2 4 5i 2i 2 2 5 4 i 18 16i. 1 1 1 3i 1 3i 1 3 z4 2 i. 1 3i 1 3i 1 3i 1 3 2 10 10 -2- Pro. Benmoussa Med Niveau : 2 P.C. ET 2 S.V.T. - Cours LES NOMBRES COMPLEXE page 2 3i 2 3i 5 i 10 3 2 15 i 7 17i 7 17 z5 i 5i 5 i 5 i 5 2 12 26 26 26 c. Remarque : a bi a2 2abi bi a2 2abi b2. 2 2 a bi a2 2abi bi a2 2abi b2. 2 2 a bi a bi a2 bi a2 b2. 2 IIIIII.. Présentation géométrique d’un nombre complexe : a. Activité : Le plan P est muni d’un repère orthonormé direct 0, u, v. A tout nombre complexe z x yi de on lui associe le point M x, y de P càd : f: P z x+yi f z f x+yi M x, y ( ou bien OM xu yv ) Dans ce cas : Le plan P est appelé le plan complexe. le point M x, y est l’image du complexe z x yi. on note M z ou M x yi on lit le point M d’affixe z. de même pour le vecteur OM Z . on note aussi z M on lit z est l’affixe de M. de même pour z OM. Si z a alors M est sur l’axe des abscisses sera nommé axe réel. Si z bi , b alors M est sur l’axe des ordonnés sera nommé axe imaginaire. b. Propriétés des affixes : A(z A ) ; B(z A ) ;C(zC ) et I z I sont trois points du plan complexe P . Le vecteur AB a pour affixe z B z A. Le vecteur kAB a pour affixe k z B z A . z A zB Le point I milieu de A,B a pour affixe z I 2. zC z A AC kAB ; k càd zC z A k zB z A ou bien k d’où les points A et B zB z A et C sont alignés ( avec z B z A 0 ) c. Application : -3- Pro. Benmoussa Med Niveau : 2 P.C. ET 2 S.V.T. - Cours LES NOMBRES COMPLEXE page On considère C(zC 5 xi) ; B(z B 2 i) ; A(z A 2 i) et I z I quatre points du plan complexe P est muni d’un repère orthonormé direct 0, u, v . 1. Déterminer z AB l’affixe du vecteur AB. 2. Déterminer z I affixe du point I milieu du segment AB. 3. Déterminer k tel que A et B et C sont alignés. Correction : 1... 2... 3... IIV V.. Conjugué d’un nombre complexe z x yi : a. Définition : Le nombre complexe z' x yi est appelé le conjugué du nombre complexe z x yi on note z ' z x yi. b. Interprétation géométrique : c. Applications : z 1 5i on a : z 1 5i 1 5i. z 1 3i on a : z 1 3i 1 3i. z 1 on a : z 1 1. z 2i on a : z 2i 2i. z 6i on a : z 6i 6i. d. Propriétés : Soient : z x yi et z' x' y'i de complexes de avec x , y , x’ et y’ de on a : z z 2x 2 Re z et z z 2yi 2Im z i. zz et z z x² y² et z z' z z' et z z' z z' -4- Pro. Benmoussa Med Niveau : 2 P.C. ET 2 S.V.T. - Cours LES NOMBRES COMPLEXE page 1 1 z z p z ' 0 ; p et z z ; p ; ( avec z 0 si p ). z' z' z' z' e. Application : 2 3i 2 3i. 2 3i 1 2i 2 3i 1 2i 2 3i 1 2i 3 i. 2 3i 1 5i 2 3i 1 5i 2 3i 1 5i . 1 1 1 . 1 5i 1 5i 1 5i 2 3i 2 3i 2 3i . 1 5i 1 5i 1 5i 2 3i 2 3i . n n f. Remarque : z z z ( c.à.d. z est un réel pur ). zi z z ( c.à.d. z est un imaginaire pur ). V.. Module d’un nombre complexe z x yi : V a. Activité : M zx yi est un point du plan complexe P est muni d’un repère orthonormé direct 0, u, v . 1. Calculer : z z. 2. Donner les coordonnées du vecteur OM dans le repère 0, i, j. 3. Calculer : OM , que peut-on déduire ? b. Définition : Soit z x yi de avec x et y de. Le nombre réel positif zz x² y² s’appelle le module de z sera noté. z zz x² y². c. Application : 7 2 5 5 0i 52 02 5 et 7 7 0i 02 7. 2i 0 2i 02 22 2 et 2i 0 2i 0 2 2 2. 2 2 1 i 12 12 2 et 1 i 3 12 3 4 2 d. Interprétation géométrique du module de z : On a : z x² y² OM avec M d’affixe z x yi.D’où : AB AB z B z A. -5- Pro. Benmoussa Med Niveau : 2 P.C. ET 2 S.V.T. - Cours LES NOMBRES COMPLEXE page e. Remarque : Soient zA x A y Ai et zB xB y Bi et zC xC y Ci les affixes des points A et B et C avec z A zC xB xA yB yA 2 2 AB zB z A zB z A AB z z A AB donc si on a B 1 alors le triangle ABC est isocèle en A. z C z A AC z C z A AC f. Application : Soient A(z A 1 i) ; B(z A 1 i) et C(zC 3i) trois points du plan complexe P est muni d’un repère orthonormé direct 0, u, v. 1. Calculer les longueurs des côtés du triangle ABC. 2. En déduit la nature du triangle ABC. Correction : 1. les longueurs des côtés du triangle ABC : on a ; AB z B z A 1 i 1 i 2 2. AC zC z A 3i 1 i 1 2i 5. CB z B zC 1 i 3i 1 2i 5 2. la nature du triangle ABC : on a : CB AC 2 d’où : le triangle ABC est isocèle en C. g. Propriétés du module d’un nombre complexe : z z z z z z' z z' z 0z0 1 1 z z ; z ' 0 z z' z z' zp z p , p et z 0 z' z' z' z' h. Application : 1 i 1 i 1 i 2 et 1 i 2 3i 1 i 2 3i 2 13 26. 1 i 1 i 2 2 6 et 1 i 1 i 6 6 8 et i i i i 0 1 1. 2 2 2 i. Exercice : Calculer les modules des nombres complexes suivants : z1 5 3i et z 2 4i 2 3i et z 3 1 i 3 et z 4 5 i5 3. 4 1 i 4 1 i 2 7 z5 et z 6 et z 7 . 1 i 3 6 2i 5 i5 3 2i 5 i5 3 -6- Pro. Benmoussa Med Niveau : 2 P.C. ET 2 S.V.T. - Cours LES NOMBRES COMPLEXE page V VII.. Argument d’un nombre complexe non nul z x yi : a. Activité : Le plan complexe P est muni d’un repère orthonormé direct 0, u, v. M z avec z 2 2i 1. Construire le point M dans le plan complexe P . 2. Donner une mesure de l’angle orienté u, OM , puis toute les mesures. b. Vocabulaire : 4 est une mesure de l’angle orienté u, OM , on l’appelle aussi argument du nombre complexe z 2 2i Aussi toute mesure parmi les mesures 2k ; k de l’angle orienté u, OM est appelé aussi 4 argument du nombre complexe non nul z 2 2i. Argument du nombre complexe non nul z 2 2i est noté arg z u , OM 2 ou arg 2 2i 4 2. En général si z * et u , OM 2 on écrit arg z 2 ou encore arg z 2 k ; k . On préfère de prendre , ( c.à.d. la mesure principale de l’angle orienté u, OM avec M O. Le nombre complexe non nul z 0 n’a pas d’argument ( OM 0 d’où l’angle u, OM n’est pas déterminé ). c. Définition : M z ( M z O donc z 0 ) est un point du plan complexe P est muni d’un repère orthonormé direct 0, u, v . Toute mesure de l’angle orienté u, OM s’appelle argument du nombre complexe non nul z. On note : arg z 2 ; d’où arg z u,OM 2 ou arg z 2k ; k -7- Pro. Benmoussa Med Niveau : 2 P.C. ET 2 S.V.T. - Cours LES NOMBRES COMPLEXE page d. Remarque : z a 0 alors arg a 0 2 et z a 0 alors arg a 2 . z bi ; b 0 alors arg a 2 2 et z bi ; b 0 alors arg a 2 . 2 arg z arg z 2 et arg z arg z 2 ( sans oublier z 0 ). e. Exemples : f. Exercice : 1. Dans le plan complexe P est muni d’un repère orthonormé direct 0, u, v construire les points suivants : M1 z 2 et M2 z 3 et M3 et M4 z 3i et M5 z 1i et M6 z 1i et 1 2 z3 2i 4 5 6 M7 z et M8 z. 7 2 2i 8 1i 2. En déduit les arguments des affixes des points précédents. g. Propriétés des arguments : z et z' deux complexes non nuls arg z z' arg z arg z' 2 p ; arg z p p arg z 2 1 z arg arg z ' 2 arg arg z arg z ' 2 z' z' Si k 0 alors arg kz arg z 2 Si k 0 alors arg kz arg z 2 -8- Pro. Benmoussa Med Niveau : 2 P.C. ET 2 S.V.T. - Cours LES NOMBRES COMPLEXE page h. Application : Argument des nombres complexes suivants : z1 1 i et z 2 4i 1 i et z 3 1 i et z 4 1 i 1 i 8 arg 1 i 4 2. arg 4i 1 i arg 4i arg 1 i 2 et arg 1 i arg 1 i 2 2 arg 1 i 2 2 4 3 2 4 2 4 arg 4i 1 i arg 4i arg 1 i 2 et arg 1 i 1 i 8 arg 1 i arg 1 i 8 2 2 8 arg 1 i 2 2 4 4 3 4 2 8 2 4 4 2 2 4 2 4 V VIIII..écriture trigonométrique ( forme trigonométrique ) D’un nombre complexe non nul : a. activité : Le plan complexe P est muni d’un repère orthonormé direct 0, u, v. On considère un nombre complexe non nul z et le point M d’affixe z ( donc M O ). On pose arg z i , OM 2. C est le cercle trigonométrique lié au repère 0, u, v coupe la demi droite O, M au point M 0 de coordonnées cos , sin donc l’affixe de M 0 est z0 cos i sin . On a les points O et M0 et M sont alignés et les vecteurs OM et OM0 ont meme sens d’où OM kOMo avec k 0 ( car M O ). Affixe du vecteur OM est z x yi et du vecteur OM0 est z0 cos i sin . Puis que : OM kOMo avec k 0 ( car M O ) donc z kz0 x yi k cos i sin 1. On détermine k : on a z kz0 d’où : z kz0 x² y² k z0 x² y² k k. On obtient : 2 : k x² y². D’après 1 et 2 on obtient la relation z x yi x² y² cos i sin = z cos i sin . b. Vocabulaire : L’écriture : 3 : z = z cos i sin s’appelle la forme ( ou l’écriture ) trigonométrique du nombre complexe non nul z x yi. -9- Pro. Benmoussa Med Niveau : 2 P.C. ET 2 S.V.T. - Cours LES NOMBRES COMPLEXE page c. Définition et propriété : Soit z x yi un nombre complexe non nul tel que arg z 2 et r z. Le nombre complexe non nul z s’écrit de la forme suivante : z = z cos i sin ou z= x² y² cos i sin ou z z , arg z r, . Chaque écriture précédente est appelé la forme ( ou l’écriture ) trigonométrique du nombre complexe non nul z x yi. d. Application : On donne la forme ( ou l’écriture ) trigonométrique : z1 2 2 1 0i 2 cos0 sin0 2, 0. z 2 5 5 1 0i 5 cos sin 2, . z 3 7i 7 0 i 7 cos sin 7, . 2 2 2 3 3 0 i cos sin , . 3 3 z4 i 5 5 5 2 2 5 2 2 2 z5 1 i 2 i 2 cos i sin 2, . 2 2 4 4 4 e. Remarque : z a 0 alors z a,0 , z a 0 alors z a, . z bi ; b 0 alors b, , z bi ; b 0 alors b, . 2 2 Si z r, alors z r, et z r, et z r, . f. Application : exemple : z 3 3, 0 et z 3 3, . z 3i 3, et z 3i 3, . 2 2 3 exemple : on a : z 1 i 2, alors z 2, et z 2, 2,. 4 4 4 4 cas particulier : 1 i 2, et 1 i 2, et z 3 1 i 3 2, et z 4 1 i 3 2, . 4 4 3 3 V VIIIIII.. Operations sur les formes trigonométriques : a. Activité : z et z' deux complexes non nuls tel que : z r, r cos i sin et z' r', ' r' cos ' i sin ' . Le produit de z z' : On a : - 11 - Pro. Benmoussa Med Niveau : 2 P.C. ET 2 S.V.T. - Cours LES NOMBRES COMPLEXE page z z'=r cos i sin r ' cos ' i sin ' rr ' cos cos ' cos i sin ' i sin cos ' i sin i sin ' rr ' cos cos ' sin sin ' i cos sin ' sin cos ' rr ' cos ' i cos ' rr ', ' b. Propriété : z et z' deux complexes non nuls tel que : z r, r cos i sin et z' r', ' r' cos ' i sin ' on a : Les opérations z r, r cos i sin , z' r', ' r' cos ' i sin ' z z' r, r', ' r r', ' ou Produit : z z ' zz' =r cos i sin r ' cos ' i sin ' rr' cos ' i sin ' zn r, rn ,n Produit : n z z z zn zn = r cos i sin =rn cosn i sinn n n fois Cas particulier r 1 : 1, 1n ,n 1,n ou encore n Formule de MOIVRE cos i sin = cosn i sinn formule de MOIVRE n Données clés 26 mai 1667 Vitry-le-François (France) 27 novembre 1754 (à 87 ans) Londres (Angleterre) Angleterre Français Mathématiques Royal Society Académie de Saumur Abraham de Moivre Formule de Stirling en 1736 Théorème de Moivre-Laplace - Formule de Moivre 1 1 r ', ' ou z ' r ', ' Inverse cos ' i sin ' 1 1 1 = z' r' cos ' i sin ' r' z r, r , ' z ' r ', ' r ' ou Quotient z r cos i sin cos ' i sin ' r = z' r' cos ' i sin ' r' - 11 - Pro. Benmoussa Med Niveau : 2 P.C. ET 2 S.V.T. - Cours LES NOMBRES COMPLEXE page c. Remarque : Si z r, r cos i sin alors : z 1 z 1, r, r, r cos i sin . z r cos i sin r cos i sin r cos( ) i sin( ) r, . - 12 -