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Première Spé Maths / Chapitre 6 : Trigonométrie

Fiche 1 : radians et longueur d'arc

Six exercices pour maîtriser les radians et la longueur d'arc :

  • conversions entre degrés et radians ;
  • longueur d'arc, angle au centre, rayon ;
  • une roue de vélo ;
  • l'aiguille d'une horloge ;
  • l'enroulement de la droite sur le cercle ;
  • vrai/faux.

Toutes les corrections sont rédigées comme on l'attend d'une bonne copie :

  • la formule utilisée est écrite ;
  • le calcul est fait ligne par ligne, valeur exacte puis valeur approchée ;
  • le résultat est une phrase avec son unité.

💡 Le modèle de rédaction pour une longueur d'arc

« Sur un cercle de rayon R=5R=5 cm, un angle de 2π3\dfrac{2\pi}{3} rad intercepte un arc de longueur ℓ=R α=5×2π3=10π3≈10,5\ell=R\,\alpha=5\times\dfrac{2\pi}{3}=\dfrac{10\pi}{3}\approx10{,}5 cm. »

  • Écris la formule ℓ=R α\ell=R\,\alpha en précisant que α\alpha est en radians.
  • Remplace et calcule : valeur exacte d'abord.
  • Conclus avec l'unité.

⚠️ Les pièges classiques

  • Utiliser ℓ=R α\ell=R\,\alpha avec un angle en degrés.
  • Oublier l'unité (cm, m) dans la conclusion.
  • Écrire « π=180\pi=180 » au lieu de « π\pi rad =180°=180° ».
  • Calculer avec la calculatrice en mode degrés.

😄 Une longueur d'arc négative ou plus grande que le tour du cercle ? Relis ton énoncé, le cercle n'est pas élastique.


Exercice 1 (★) : conversions

1. Convertir en radians (valeur exacte) : 30°30° ; 135°135° ; 210°210° ; 72°72°.

2. Convertir en degrés : π12\dfrac{\pi}{12} ; 5π3\dfrac{5\pi}{3} ; 2π5\dfrac{2\pi}{5} ; 7π4\dfrac{7\pi}{4}.

3. Donner une valeur approchée de 11 rad en degrés (au dixième) et de 50°50° en radians (au centième).

✏️ Correction de l'exercice 1

Question 1

On multiplie par π180\dfrac{\pi}{180}.

30×π180=π630\times\dfrac{\pi}{180}=\dfrac{\pi}{6}.

135×π180=3π4135\times\dfrac{\pi}{180}=\dfrac{3\pi}{4} (car 135=3×45135=3\times45).

210×π180=7π6210\times\dfrac{\pi}{180}=\dfrac{7\pi}{6} (car 210=7×30210=7\times30).

72×π180=2π572\times\dfrac{\pi}{180}=\dfrac{2\pi}{5} (car 72=2×3672=2\times36 et 180=5×36180=5\times36).

✅ 30°=π630°=\dfrac{\pi}{6} ; 135°=3π4135°=\dfrac{3\pi}{4} ; 210°=7π6210°=\dfrac{7\pi}{6} ; 72°=2π572°=\dfrac{2\pi}{5}.

Question 2

On multiplie par 180π\dfrac{180}{\pi}.

π12→18012=15\dfrac{\pi}{12}\to\dfrac{180}{12}=15.

5π3→5×1803=300\dfrac{5\pi}{3}\to\dfrac{5\times180}{3}=300.

2π5→2×1805=72\dfrac{2\pi}{5}\to\dfrac{2\times180}{5}=72.

7π4→7×1804=315\dfrac{7\pi}{4}\to\dfrac{7\times180}{4}=315.

✅ π12=15°\dfrac{\pi}{12}=15° ; 5π3=300°\dfrac{5\pi}{3}=300° ; 2π5=72°\dfrac{2\pi}{5}=72° ; 7π4=315°\dfrac{7\pi}{4}=315°.

Question 3

1 rad=180π degreˊs≈57,3°1\text{ rad}=\dfrac{180}{\pi}\ \text{degrés}\approx57{,}3°.

50°=50×π180=5π18≈0,8750°=50\times\dfrac{\pi}{180}=\dfrac{5\pi}{18}\approx0{,}87 rad.

✅ 1 rad≈57,3°1\text{ rad}\approx57{,}3° et 50°≈0,8750°\approx0{,}87 rad.


Exercice 2 (★★) : longueur d'arc, angle, rayon

Dans chaque cas, utiliser ℓ=R α\ell=R\,\alpha (α\alpha en radians) :

1. R=5R=5 cm et α=2π3\alpha=\dfrac{2\pi}{3} rad : calculer la longueur ℓ\ell de l'arc.

2. R=6R=6 cm et un arc de longueur 44 cm : calculer l'angle α\alpha (en radians, puis en degrés au dixième).

3. Un arc de longueur 3π3\pi cm est intercepté par un angle de π5\dfrac{\pi}{5} rad : calculer le rayon RR.

4. R=8R=8 cm et α=45°\alpha=45° : calculer la longueur de l'arc.

✏️ Correction de l'exercice 2

Question 1

ℓ=R α=5×2π3=10π3≈10,47\ell=R\,\alpha=5\times\dfrac{2\pi}{3}=\dfrac{10\pi}{3}\approx10{,}47.

✅ L'arc mesure 10π3\dfrac{10\pi}{3} cm, soit environ 10,510{,}5 cm.

Question 2

α=ℓR=46=23\alpha=\dfrac{\ell}{R}=\dfrac{4}{6}=\dfrac23 rad ≈0,67\approx0{,}67 rad.

En degrés : 23×180π=120π≈38,2°\dfrac23\times\dfrac{180}{\pi}=\dfrac{120}{\pi}\approx38{,}2°.

✅ L'angle vaut 23\dfrac23 rad, soit environ 38,2°38{,}2°.

Question 3

R=ℓα=3ππ/5=3π×5π=15R=\dfrac{\ell}{\alpha}=\dfrac{3\pi}{\pi/5}=3\pi\times\dfrac{5}{\pi}=15.

✅ Le rayon vaut 1515 cm.

Question 4

L'angle est en degrés : on convertit d'abord. 45°=π445°=\dfrac{\pi}{4} rad.

ℓ=R α=8×π4=2π≈6,28\ell=R\,\alpha=8\times\dfrac{\pi}{4}=2\pi\approx6{,}28.

✅ L'arc mesure 2π2\pi cm, soit environ 6,286{,}28 cm.


Exercice 3 (★★) : la roue de vélo

Une roue de vélo a un diamètre de 6666 cm : son rayon est R=0,33R=0{,}33 m. On s'intéresse à un point PP du pneu.

1. Quelle distance PP parcourt-il sur le cercle quand la roue tourne de 5π6\dfrac{5\pi}{6} rad ?

2. Quelle est la longueur d'un tour de roue ?

3. Le vélo roule sans glisser : à chaque tour de roue, il avance de la longueur d'un tour. Combien de tours de roue pour parcourir 11 km ?

4. De quel angle la roue a-t-elle tourné quand PP a parcouru 11 m sur le cercle ? Est-ce plus ou moins d'un demi-tour ?

✏️ Correction de l'exercice 3

Question 1

ℓ=R α=0,33×5π6=0,275 π≈0,864\ell=R\,\alpha=0{,}33\times\dfrac{5\pi}{6}=0{,}275\,\pi\approx0{,}864.

✅ PP parcourt environ 0,860{,}86 m.

Question 2

Un tour correspond à α=2π\alpha=2\pi : ℓ=0,33×2π=0,66 π≈2,07\ell=0{,}33\times2\pi=0{,}66\,\pi\approx2{,}07.

✅ Un tour de roue mesure environ 2,072{,}07 m.

Question 3

11 km =1000=1000 m. Nombre de tours : 10000,66 π≈482,3\dfrac{1000}{0{,}66\,\pi}\approx482{,}3.

✅ Il faut environ 482482 tours de roue.

Question 4

α=ℓR=10,33=10033≈3,03\alpha=\dfrac{\ell}{R}=\dfrac{1}{0{,}33}=\dfrac{100}{33}\approx3{,}03 rad.

Un demi-tour correspond à π≈3,14\pi\approx3{,}14 rad, et 3,03<3,143{,}03<3{,}14.

✅ La roue a tourné d'environ 3,033{,}03 rad, soit un peu moins d'un demi-tour.


Exercice 4 (★★) : l'horloge

L'aiguille des minutes d'une horloge mesure 1212 cm et celle des heures 88 cm. On suit l'extrémité de chaque aiguille.

1. En 2020 minutes, quelle distance parcourt l'extrémité de l'aiguille des minutes ?

2. De 1414 h à 1717 h 3030, quelle distance parcourt l'extrémité de l'aiguille des heures ?

3. À 1616 h pile, quel est l'angle (en radians) entre l'aiguille des heures et la direction de 1212 h ?

4. Combien de temps faut-il à l'extrémité de l'aiguille des minutes pour parcourir 6π6\pi cm ?

✏️ Correction de l'exercice 4

Question 1

2020 min sur 6060 min : 13\dfrac13 de tour, soit α=13×2π=2π3\alpha=\dfrac13\times2\pi=\dfrac{2\pi}{3} rad.

ℓ=12×2π3=8π≈25,1\ell=12\times\dfrac{2\pi}{3}=8\pi\approx25{,}1.

✅ L'extrémité parcourt 8π8\pi cm, environ 25,125{,}1 cm.

Question 2

De 1414 h à 1717 h 3030 : 3,53{,}5 h sur 1212 h pour un tour, soit 3,512=724\dfrac{3{,}5}{12}=\dfrac{7}{24} de tour, donc α=724×2π=7π12\alpha=\dfrac{7}{24}\times2\pi=\dfrac{7\pi}{12} rad.

ℓ=8×7π12=14π3≈14,7\ell=8\times\dfrac{7\pi}{12}=\dfrac{14\pi}{3}\approx14{,}7.

✅ L'extrémité parcourt 14π3\dfrac{14\pi}{3} cm, environ 14,714{,}7 cm.

Question 3

À 1616 h, l'aiguille des heures a avancé de 44 h sur 1212 h : 412=13\dfrac{4}{12}=\dfrac13 de tour.

✅ L'angle vaut 2π3\dfrac{2\pi}{3} rad (soit 120°120°).

Question 4

ℓ=R α\ell=R\,\alpha donne α=6π12=π2\alpha=\dfrac{6\pi}{12}=\dfrac{\pi}{2} rad, soit un quart de tour.

Un tour dure 6060 min, un quart de tour dure 1515 min.

✅ Il faut 1515 minutes.


Exercice 5 (★★) : enroulement de la droite

Dans chaque cas, on part de II sur le cercle trigonométrique et on parcourt la longueur indiquée.

1. Longueur 5π2\dfrac{5\pi}{2} dans le sens direct : combien de tours complets ? En quel point arrive-t-on ?

2. Longueur 3π3\pi dans le sens indirect (c'est-à-dire le réel −3π-3\pi) : combien de tours complets ? En quel point arrive-t-on ?

3. Longueur 1010 dans le sens direct : combien de tours complets ? Dans quel quadrant arrive-t-on ? (On prendra π≈3,14\pi\approx3{,}14.)

4. Donner tous les réels de [0 ; 20][0\,;\,20] dont l'image est J′J'.

✏️ Correction de l'exercice 5

Question 1

5π2=2π+π2\dfrac{5\pi}{2}=2\pi+\dfrac{\pi}{2} : un tour complet, puis un quart de tour dans le sens direct.

✅ On fait 11 tour complet et on arrive en JJ.

Question 2

−3π=−2π−π-3\pi=-2\pi-\pi : un tour complet dans le sens indirect, puis un demi-tour dans le sens indirect.

✅ On fait 11 tour complet et on arrive en I′I'.

Question 3

Un tour mesure 2π≈6,282\pi\approx6{,}28 et 10−6,28=3,7210-6{,}28=3{,}72 : un seul tour complet, puis un arc de longueur 3,723{,}72.

Or π≈3,14<3,72<3π2≈4,71\pi\approx3{,}14<3{,}72<\dfrac{3\pi}{2}\approx4{,}71 : le point est entre I′I' et J′J'.

✅ On fait 11 tour complet et on arrive dans le troisième quadrant.

Question 4

J′=M(3π2)J'=M\left(\dfrac{3\pi}{2}\right), donc les réels dont l'image est J′J' sont 3π2+2kπ\dfrac{3\pi}{2}+2k\pi.

k=0k=0 : 3π2≈4,71\dfrac{3\pi}{2}\approx4{,}71 ; k=1k=1 : 7π2≈10,99\dfrac{7\pi}{2}\approx10{,}99 ; k=2k=2 : 11π2≈17,28\dfrac{11\pi}{2}\approx17{,}28 ; k=3k=3 : 15π2≈23,56>20\dfrac{15\pi}{2}\approx23{,}56>20.

✅ 3π2\dfrac{3\pi}{2}, 7π2\dfrac{7\pi}{2} et 11π2\dfrac{11\pi}{2}.


Exercice 6 (★★) : vrai ou faux

Justifier chaque réponse :

1. Sur le cercle trigonométrique, un angle de 22 rad intercepte un arc de longueur 22.

2. Un angle de 11 rad mesure 1°1°.

3. Si on double le rayon d'un cercle sans changer l'angle au centre, la longueur de l'arc est doublée.

4. Sur un cercle de rayon 22, un arc de longueur π\pi correspond à un angle de π\pi rad.

5. Les réels π3\dfrac{\pi}{3} et 7π3\dfrac{7\pi}{3} ont la même image sur le cercle trigonométrique.

6. Un tour complet vaut 360360 rad.

✏️ Correction de l'exercice 6

Affirmation 1

Avec R=1R=1 : ℓ=R α=1×2=2\ell=R\,\alpha=1\times2=2.

✅ Vrai.

Affirmation 2

1 rad=180π≈57,3°1\text{ rad}=\dfrac{180}{\pi}\approx57{,}3°.

❌ Faux.

Affirmation 3

ℓ=R α\ell=R\,\alpha : si RR double et α\alpha est fixe, ℓ\ell double.

✅ Vrai.

Affirmation 4

α=ℓR=π2\alpha=\dfrac{\ell}{R}=\dfrac{\pi}{2} rad, pas π\pi.

❌ Faux.

Affirmation 5

7π3−π3=2π\dfrac{7\pi}{3}-\dfrac{\pi}{3}=2\pi : les deux réels diffèrent d'un tour.

✅ Vrai.

Affirmation 6

Un tour complet vaut 2π2\pi rad, soit 360°360°.

❌ Faux.


🎯 Ce qui peut tomber en contrôle

  • Convertir degrés et radians (exercice 1).
  • Appliquer ℓ=R α\ell=R\,\alpha dans les deux sens (exercices 2, 3 et 4).
  • Se ramener à des tours avec l'enroulement (exercice 5).
  • Justifier une affirmation par un calcul (exercice 6).

QCM : vérifie tes acquis

5 questions, une seule bonne réponse chacune. Choisis une réponse : la correction s'affiche tout de suite. Ton score est enregistré dans Mon espace.

Question 1 sur 5

En degrés, 3π4\dfrac{3\pi}{4} rad vaut :

Question 2 sur 5

Sur un cercle de rayon 44, l'arc intercepté par un angle de π3\dfrac{\pi}{3} rad a pour longueur :

Question 3 sur 5

Un angle de 11 rad intercepte, sur un cercle de rayon 77 cm, un arc de longueur :

Question 4 sur 5

En partant de II, on parcourt 5π2\dfrac{5\pi}{2} dans le sens direct sur le cercle trigonométrique. On arrive en :

Question 5 sur 5

Un arc de 66 cm sur un cercle de rayon 44 cm correspond à un angle de :

Un doute sur ce chapitre ? On en parle ensemble, sans engagement.

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