Exercices de Mathématiques

Trigonométrie · course

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Trigonométrie

Énoncés

Énoncés des exercices

Exercice 1 [ Indication ] [ Correction ]

Calculer cos 5a en fonction de cos a. En déduire l’expression de cos

π

10

.

Exercice 2 [ Indication ] [ Correction ]

Transformer cos x + 2 cos 2x + cos 3x en produit.

Exercice 3 [ Indication ] [ Correction ]

Transformer sin x + sin 2x + sin 7x + sin 8x en produit.

Exercice 4 [ Indication ] [ Correction ]

Simplifier l’expression P = (2 cos x − 1)(2 cos 2x − 1) · · · (2 cos(2n−1x) − 1).

Exercice 5 [ Indication ] [ Correction ]

Simplifier l’expression

cos 6x + 6 cos 4x + 15 cos 2x + 10

cos 5x + 5 cos 3x + 10 cos x

.

Exercice 6 [ Indication ] [ Correction ]

Résoudre l’équation

cos x +

sin x = 1.

√

√

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Indications, résultats

Indications ou résultats

Indication pour l’exercice 1 [ Retour à l’énoncé ]

On développe cos 5a + i sin 5a = (cos a + i sin a)5 et on prend les parties réelles.

Avec a = π

10 et t = cos2 a, on a 16t2 − 20t + 5. Finalement x =

√

q 5+

8

5

.

Indication pour l’exercice 2 [ Retour à l’énoncé ]

Transformer cos x + cos 3x en produit.

Indication pour l’exercice 3 [ Retour à l’énoncé ]

Transformer sin x + sin 8x et sin 2x + sin 7x en produits.

Indication pour l’exercice 4 [ Retour à l’énoncé ]

Vérifier et utiliser l’égalité (2 cos 2kx − 1)(2 cos 2kx + 1) = 2 cos(2k+1x) + 1.

On trouve finalement P =

2 cos 2nx + 1

2 cos x + 1

.

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Indication pour l’exercice 5 [ Retour à l’énoncé ]

Multiplier le dénominateur par 2 cos x.

Indication pour l’exercice 6 [ Retour à l’énoncé ]

Étudier l’application x 7→ ϕ(x) =

cos x +

√

√

sin x sur (cid:2)0, π

2

(cid:3).

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Corrigés

Corrigés des exercices

Corrigé de l’exercice 1 [ Retour à l’énoncé ]

On développe cos 5a + i sin 5a = (cos a + i sin a)5 et on prend les parties réelles :

cos 5a = cos5 a − 10 cos3 a(1 − cos2 a) + 5 cos a(1 − cos2 a)2

= 16 cos5 a − 20 cos3 a + 5 cos a

Pour a = π

10 et on posant x = cos a, on trouve :

0 = cos 5a = 16x5 − 20x3 + 5x = x(16x4 − 20x2 + 5)

Le réel t = x2 est solution de 16t2 − 20t + 5. Donc t ∈

√

n 5−

8

5

√

5

o

.

, 5+

8

√

Or 0 < a < π

4 ⇒ 1

2 < t < 1. La seule possibilité est donc t = 5+

8

5

.

D’autre part, x = cos a est positif. On en déduit : x =

√

q 5+

8

5

.

Corrigé de l’exercice 2 [ Retour à l’énoncé ]

On a tout d’abord cos x + cos 3x = 2 cos(2x) cos x.

On en déduit : cos x + 2 cos 2x + cos 3x = 2 cos(2x)(1 + cos x) = 4 cos(2x) cos2 x

2

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.

Corrigé de l’exercice 3 [ Retour à l’énoncé ]

7x

2

(cid:18)

On a par exemple : sin x + sin 8x = 2 sin

9x

2

cos

Donc sin x + sin 2x + sin 7x + sin 8x = 2 sin

cos

9x

2

et sin 2x + sin 7x = 2 sin

9x

2

cos

5x

2

.

7x

2

+ cos

(cid:19)

5x

2

= 4 sin

9x

2

cos(3x) cos

x

2

Corrigé de l’exercice 4 [ Retour à l’énoncé ]

On a : (2 cos 2kx − 1)(2 cos 2kx + 1) = 4 cos2(2kx) − 1

= 4

1 + cos(2k+1x)

2

− 1 = 2 cos(2k+1x) + 1.

Si on pose vk = 2 cos 2kx + 1, l’expression donnée par l’énoncé s’écrit :

n−1

Y

k=0

(2 cos 2kx − 1) =

n−1

Y

k=0

vk+1

vk

=

vn

v0

=

2 cos(2nx) + 1

2 cos x + 1

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Corrigés

Corrigé de l’exercice 5 [ Retour à l’énoncé ]

On a : 2 cos x(cos 5x + 5 cos 3x + 10 cos x) = 2 cos x cos(5x) + 10 cos x cos 3x + 20 cos2 x

= cos 6x + cos 4x + 5(cos 4x + cos 2x) + 10(1 + cos 2x)

cos 6x + 6 cos 4x + 15 cos 2x + 10

Conclusion :

cos 6x + 6 cos 4x + 15 cos 2x + 10

cos 5x + 5 cos 3x + 10 cos x

= 2 cos x

Corrigé de l’exercice 6 [ Retour à l’énoncé ]

Le premier membre est 2π-périodique en x, sur la réunion des Ik = (cid:2)2kπ, 2kπ + π

2

L’ensemble des solutions a la même périodicité. On se place par exemple sur I0.

(cid:3), k ∈ ZZ.

L’application x 7→ ϕ(x) =

cos x +

√

√

sin x est continue sur I0, dérivable sur I 0

0 = (cid:3)0, π

2

(cid:2).

(cos x)3/2 − (sin x)3/2

√

sin x

cos x

∀ x ∈ I 0

0, ϕ0(x) =

a le signe de cos x − sin x.

√

2

Ainsi ϕ est strictement croissante sur (cid:2)0, π

4

Or ϕ(0) = ϕ( π

2 ) = 1. On en déduit que sur I0, ϕ(x) = 1 ⇔ x ∈ {0, 1}.

Par périodicité, les solutions sur IR sont les x = 2kπ et les x = π

(cid:3) et strictement décroissante sur (cid:2) π

4 , π

2

(cid:3).

2 + 2kπ, avec k ∈ ZZ.

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