Exercice 1 — Module, argument, forme trigonométrique et exponentielle
Pour z ≠ 0, le module r = |z| est la distance OM, et un argument θ = arg(z) est une mesure de l'angle entre l'axe des réels et vecteur OM.
On a alors z = r(cosθ + isinθ) = re^(iθ).
On considère z₁ = 1 + i et z₂ = -1 + i√(3).
- 1.Calculer |z₁|, puis déterminer un argument de z₁.
- 2.Écrire z₁ sous forme trigonométrique, puis sous forme exponentielle.
- 3.Faire de même pour z₂.
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Correction détaillée
- 1
Module de z₁ : |z₁| = √(1² + 1²) = √(2).
- 2
Pour l'argument, on factorise le module : z₁ = √(2)(1/√(2) + 1/√(2)i) = √(2)(√(2)/2 + √(2)/2i).
- 3
On cherche donc θ tel que cosθ = √(2)/2 ET sinθ = √(2)/2.
Les deux valeurs sont positives : θ est dans le premier quadrant, et θ = π/4 convient.
- 4
D'où z₁ = √(2)(cosπ/4 + isinπ/4), c'est-à-dire z₁ = √(2) e^(iπ/4).
- 5
Il faut TOUJOURS les deux équations : cosθ = √(2)/2 seul laisserait aussi θ = -π/4, qui a le mauvais sinus.
- 6
Passons à z₂ = -1 + i√(3).
Module : |z₂| = √((-1)² + (√(3))²) = √(1 + 3) = 2.
- 7
On factorise : z₂ = 2(-1/2 + √(3)/2i).
- 8
On cherche θ tel que cosθ = -1/2 et sinθ = √(3)/2.
Cosinus négatif et sinus positif : le point est dans le deuxième quadrant, et θ = 2π/3 convient.
- 9
D'où z₂ = 2(cos2π/3 + isin2π/3) = 2e^(2iπ/3).
- 10
Contrôle : 2e^(2iπ/3) = 2(-1/2 + √(3)/2i) = -1 + i√(3). ✔
- 11
Remarque : l'argument n'est défini qu'à 2π près.
2π/3 et 2π/3 + 2π = 8π/3 sont deux arguments du même nombre.
Rappel de cours : Méthode en trois temps : (1) calculer r = √(x² + y²) ; (2) factoriser z = r(x/r + y/ri) ; (3) trouver θ vérifiant cosθ = x/r ET sinθ = y/r.
Erreur fréquente : Déterminer θ avec le seul cosinus (ou la seule tangente). Deux angles opposés ont le même cosinus : c'est le sinus qui départage les quadrants.