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COURS & EXERCICES DE MATHÉMATIQUES

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Nombres complexes – Bac S Pondichéry 2018

Exercice 2 (4 points)

Commun à tous les candidats

Le plan est muni d'un repère orthonormé (O ; u, v)(O~;~\overrightarrow{u},~\overrightarrow{v}).

Les points A, B et C ont pour affixes respectives a=4,b=2a = - 4,\: b = 2 et c=4c = 4.

  1. On considère les trois points A^{\prime}, B^{\prime} et C^{\prime} d'affixes respectives a=jaa^{\prime}= ja, b=jbb^{\prime}= jb et c=jcc^{\prime}= jcjj est le nombre complexe 12+i32 - \dfrac{1}{2} + \text{i}\dfrac{\sqrt{3}}{2}.

    1. Donner la forme trigonométrique et la forme exponentielle de jj.

      En déduire les formes algébriques et exponentielles de aa^{\prime}, bb^{\prime} et cc^{\prime}.

    2. Les points A, B et C ainsi que les cercles de centre O et de rayon 2, 3 et 4 sont représentés sur le graphique fourni en Annexe.

      Placer les points A^{\prime}, B^{\prime} et C^{\prime} sur ce graphique.

  2. Montrer que les points A^{\prime}, B^{\prime} et C^{\prime} sont alignés.

  3. On note M le milieu du segment [A^{\prime}C], N le milieu du segment [C^{\prime}C] et P le milieu du segment [CA][\text{C}^{\prime}\text{A}].

    Démontrer que le triangle MNP est isocèle.

ANNEXE

À compléter et à remettre avec la copie

Corrigé

    1. j=12+i32j= - \dfrac{1}{2} + \text{i}\dfrac{\sqrt{3}}{2}
      j=(12)2+(32)2=14+34=1\left| j \right| = \sqrt{\left( - \dfrac{1}{2}\right)^2+\left(\dfrac{\sqrt{3}}{2}\right)^2} = \sqrt{\dfrac{1}{4}+\dfrac{3}{4}}=1
      θ\theta est un argument de jj si et seulement si cosθ=12\cos \theta = - \dfrac{1}{2} et sinθ=32\sin \theta = \dfrac{\sqrt{3}}{2}. Donc 2π3\dfrac{2\pi}{3} est un argument de jj.

      La forme trigonométrique de jj est :

      j=cos(2π3)+isin(2π3)j=\cos\left(\dfrac{2\pi}{3}\right) + \text{i}\sin\left(\dfrac{2\pi}{3}\right)

      et sa forme exponentielle :

      j=e2iπ3j= \text{e}^{\frac{2\text{i}\pi}{3}}.

      La forme algébrique de aa^{\prime} est :

      a=aj=4j=22i3a^{\prime}=aj= - 4j=2 - 2\text{i}\sqrt{3}.

      Par ailleurs :

      a=4j=4e2iπ3a^{\prime}= - 4j= - 4\text{e}^{\frac{2\text{i}\pi}{3}}

      Toutefois 4 - 4 étant négatif, l'écriture ci-dessus n'est pas la forme exponentielle de aa^{\prime}.

      Pour obtenir la forme exponentielle de aa^{\prime} on utilise le fait que 1=eiπ - 1=\text{e}^{\text{i}\pi} ; par conséquent :

      a=4(e2iπ3)a^{\prime}= - 4\left( \text{e}^{\frac{2\text{i}\pi}{3}}\right)
      a=4eiπe2iπ3\phantom{a^{\prime}}=4 \text{e}^{\text{i}\pi}\text{e}^{\frac{2\text{i}\pi}{3}}
      a=4ei(π+2π3)\phantom{a^{\prime}}=4\text{e}^{\text{i}\left( \pi+\frac{2\pi}{3}\right) }.

      La forme exponentielle de aa^{\prime} est donc :

      a=4e5iπ3a^{\prime}=4\text{e}^{\frac{5\text{i}\pi}{3}}.

      La forme algébrique de bb^{\prime} est :

      b=bj=2j=1+i3b^{\prime}= bj=2j= - 1+\text{i}\sqrt{3}

      et sa forme exponentielle :

      b=2j=2e2iπ3b^{\prime}=2j=2\text{e}^{\frac{2\text{i}\pi}{3}}.

      Enfin, la forme algébrique de cc^{\prime} est :

      c=cj=4j=2+2i3c^{\prime}= cj=4j= - 2+2\text{i}\sqrt{3}

      et sa forme exponentielle :

      c=4j=4e2iπ3c^{\prime}=4j=4\text{e}^{\frac{2\text{i}\pi}{3}}.

    2. Voir figure ci-après.

  1. L'affixe du vecteur AB\overrightarrow{A^{\prime}B^{\prime}} est :

    ba=2j(4j)=6jb^{\prime} - a^{\prime}=2j - ( - 4j)=6j.

    L'affixe du vecteur BC\overrightarrow{B^{\prime}C^{\prime}} est :

    cb=4j2j=2jc^{\prime} - b^{\prime}=4j - 2j=2j.

    Par conséquent AB\overrightarrow{A^{\prime}B^{\prime}} =3BC\overrightarrow{B^{\prime}C^{\prime}}.

    Les vecteurs AB\overrightarrow{A^{\prime}B^{\prime}} et BC\overrightarrow{B^{\prime}C^{\prime}} sont colinéaires donc les points AA^{\prime}, BB^{\prime} et CC^{\prime} sont alignés.

  2.  

    L'affixe de M est :

    m=a+c2=3i3m=\dfrac{a^{\prime}+c}{2}=3 - \text{i}\sqrt{3}

    L'affixe de N est :

    n=c+c2=1+i3n=\dfrac{c^{\prime}+c}{2}=1+\text{i}\sqrt{3}

    L'affixe de P est :

    p=c+a2=3+i3p=\dfrac{c^{\prime}+a}{2}= - 3+\text{i}\sqrt{3}

    Montrons que MN=PNMN=PN
    MN=mn=22i3MN=\left|m - n \right| = \left|2 - 2\text{i}\sqrt{3} \right|
    MN=22+(23)2=4+12=4\phantom{MN}=\sqrt{2^2+\left(2 \sqrt{3}\right)^2}=\sqrt{4+12}=4
    PN=np=4=4PN=\left|n - p \right| =\left|4 \right| = 4

    Le triangle MNPMNP est donc isocèle en NN.