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Première Spé Maths / Chapitre 6 : Trigonométrie

Fiche 2 : cercle trigonométrique et placement de points

Six exercices pour maîtriser le cercle trigonométrique et l'enroulement :

  • placer des points sur le cercle ;
  • lire un réel dont l'image est un point donné ;
  • reconnaître les réels qui ont la même image ;
  • polygones réguliers inscrits dans le cercle ;
  • axes et quadrants ;
  • vrai/faux.

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

  • le réel est ramené à un tour par un calcul écrit ;
  • le point est situé (quadrant, angle) ;
  • les conclusions sont des phrases.

💡 Le modèle de rédaction pour placer un point

« 7π3=π3+2π\dfrac{7\pi}{3}=\dfrac{\pi}{3}+2\pi, donc M(7π3)=M(π3)M\left(\dfrac{7\pi}{3}\right)=M\left(\dfrac{\pi}{3}\right) : on fait un tour complet puis on avance de π3\dfrac{\pi}{3} (soit 60°60°) dans le sens direct. »

  • Écris xx comme x0+2kπx_0+2k\pi avec x0∈[0 ; 2π[x_0\in[0\,;\,2\pi[ (ou ]−π ; π]]-\pi\,;\,\pi]).
  • Conclus : M(x)=M(x0)M(x)=M(x_0).
  • Situe M(x0)M(x_0) avec les angles remarquables.

⚠️ Les pièges classiques

  • Se tromper de sens pour un réel négatif (sens indirect = sens des aiguilles d'une montre).
  • Oublier que deux réels différents peuvent avoir la même image.
  • Se tromper dans le calcul de x−2kπx-2k\pi avec des dénominateurs différents.
  • Confondre M(x)M(x) (un point) et xx (un réel).

😄 Ranger −11π4-\dfrac{11\pi}{4} dans le premier quadrant parce que « il y a un 11 », ce n'est pas une méthode.


Exercice 1 (★) : placer des points

Placer sur le cercle trigonométrique les points M(π6)M\left(\dfrac{\pi}{6}\right), M(−π4)M\left(-\dfrac{\pi}{4}\right), M(7π3)M\left(\dfrac{7\pi}{3}\right), M(−11π4)M\left(-\dfrac{11\pi}{4}\right) et M(13π6)M\left(\dfrac{13\pi}{6}\right). Que remarques-tu ?

✏️ Correction de l'exercice 1

Méthode

Pour chaque réel, on se ramène à un tour.

π6\dfrac{\pi}{6} est déjà dans [0 ; 2π[[0\,;\,2\pi[ : le point A=M(π6)A=M\left(\dfrac{\pi}{6}\right) est à 30°30° de II, dans le premier quadrant.

−π4-\dfrac{\pi}{4} : on part de II dans le sens indirect de π4\dfrac{\pi}{4} (45°45°). Le point BB est dans le quatrième quadrant ; −π4+2π=7π4-\dfrac{\pi}{4}+2\pi=\dfrac{7\pi}{4}, donc B=M(7π4)B=M\left(\dfrac{7\pi}{4}\right).

7π3=π3+2π\dfrac{7\pi}{3}=\dfrac{\pi}{3}+2\pi : C=M(7π3)=M(π3)C=M\left(\dfrac{7\pi}{3}\right)=M\left(\dfrac{\pi}{3}\right), à 60°60° de II.

−11π4+4π=−11π4+16π4=5π4-\dfrac{11\pi}{4}+4\pi=-\dfrac{11\pi}{4}+\dfrac{16\pi}{4}=\dfrac{5\pi}{4} : D=M(−11π4)=M(5π4)D=M\left(-\dfrac{11\pi}{4}\right)=M\left(\dfrac{5\pi}{4}\right), à 225°225° de II (troisième quadrant).

13π6=π6+2π\dfrac{13\pi}{6}=\dfrac{\pi}{6}+2\pi : E=M(13π6)=M(π6)E=M\left(\dfrac{13\pi}{6}\right)=M\left(\dfrac{\pi}{6}\right).

IJI'J'OA = EBCD
Correction : les points M(π/6) = A = E, B, C, D

✅ Les points M(π6)M\left(\dfrac{\pi}{6}\right) et M(13π6)M\left(\dfrac{13\pi}{6}\right) sont confondus, car 13π6−π6=2π\dfrac{13\pi}{6}-\dfrac{\pi}{6}=2\pi.


Exercice 2 (★) : lire un réel sur la figure

Sur la figure ci-dessous, les rayons sont tracés tous les π6\dfrac{\pi}{6} (traits pleins) et tous les π4\dfrac{\pi}{4} (pointillés) à partir de II.

IJI'OABCDE
Les points A, B, C, D, E sur le cercle trigonométrique (rayons tracés tous les π/6 et tous les π/4 à partir de I)

1. Pour chacun des points AA, BB, CC, DD, EE, donner un réel de [0 ; 2π[[0\,;\,2\pi[ dont il est l'image.

2. Pour AA et CC, donner aussi un réel négatif dont ils sont l'image.

3. Donner tous les réels de [20 ; 30][20\,;\,30] dont DD est l'image.

✏️ Correction de l'exercice 2

Question 1

On compte les rayons depuis II dans le sens direct.

AA : cinq rayons de π6\dfrac{\pi}{6}, donc 5π6\dfrac{5\pi}{6}. BB est le point J′J' : 3π2\dfrac{3\pi}{2}. CC : cinq rayons de π4\dfrac{\pi}{4}, donc 5π4\dfrac{5\pi}{4}. DD : deux rayons de π6\dfrac{\pi}{6}, donc π3\dfrac{\pi}{3}. EE : onze rayons de π6\dfrac{\pi}{6}, donc 11π6\dfrac{11\pi}{6}.

✅ AA : 5π6\dfrac{5\pi}{6} ; BB : 3π2\dfrac{3\pi}{2} ; CC : 5π4\dfrac{5\pi}{4} ; DD : π3\dfrac{\pi}{3} ; EE : 11π6\dfrac{11\pi}{6}.

Question 2

On retranche 2π2\pi : 5π6−2π=5π6−12π6=−7π6\dfrac{5\pi}{6}-2\pi=\dfrac{5\pi}{6}-\dfrac{12\pi}{6}=-\dfrac{7\pi}{6} et 5π4−2π=5π4−8π4=−3π4\dfrac{5\pi}{4}-2\pi=\dfrac{5\pi}{4}-\dfrac{8\pi}{4}=-\dfrac{3\pi}{4}.

✅ A=M(−7π6)A=M\left(-\dfrac{7\pi}{6}\right) et C=M(−3π4)C=M\left(-\dfrac{3\pi}{4}\right).

Question 3

Les réels dont l'image est DD sont π3+2kπ\dfrac{\pi}{3}+2k\pi, k∈Zk\in\mathbb{Z}.

k=3k=3 : π3+6π=19π3≈19,90<20\dfrac{\pi}{3}+6\pi=\dfrac{19\pi}{3}\approx19{,}90<20. k=4k=4 : π3+8π=25π3≈26,18∈[20 ; 30]\dfrac{\pi}{3}+8\pi=\dfrac{25\pi}{3}\approx26{,}18\in[20\,;\,30]. k=5k=5 : π3+10π=31π3≈32,46>30\dfrac{\pi}{3}+10\pi=\dfrac{31\pi}{3}\approx32{,}46>30.

✅ Un seul réel convient : 25π3\dfrac{25\pi}{3}.


Exercice 3 (★★) : réels de même image

1. Regrouper, parmi les réels 5π3\dfrac{5\pi}{3}, −π3-\dfrac{\pi}{3}, 11π3\dfrac{11\pi}{3}, 7π3\dfrac{7\pi}{3}, π3\dfrac{\pi}{3}, −5π3-\dfrac{5\pi}{3}, 17π3\dfrac{17\pi}{3}, ceux qui ont la même image.

2. Les réels 8π3\dfrac{8\pi}{3} et −4π3-\dfrac{4\pi}{3} ont-ils la même image ?

3. Les réels 11 et 77 ont-ils la même image ?

4. Écrire en Python une fonction reduire(x) qui renvoie le réel de [0 ; 2π[[0\,;\,2\pi[ ayant la même image que xx. La tester avec −π3-\dfrac{\pi}{3} et 25π6\dfrac{25\pi}{6}.

✏️ Correction de l'exercice 3

Question 1

On ramène chaque réel dans [0 ; 2π[[0\,;\,2\pi[ :

−π3+2π=5π3-\dfrac{\pi}{3}+2\pi=\dfrac{5\pi}{3} ; 11π3−2π=5π3\dfrac{11\pi}{3}-2\pi=\dfrac{5\pi}{3} ; 17π3−4π=17π3−12π3=5π3\dfrac{17\pi}{3}-4\pi=\dfrac{17\pi}{3}-\dfrac{12\pi}{3}=\dfrac{5\pi}{3}.

7π3−2π=π3\dfrac{7\pi}{3}-2\pi=\dfrac{\pi}{3} ; −5π3+2π=π3-\dfrac{5\pi}{3}+2\pi=\dfrac{\pi}{3}.

✅ Premier groupe (image M(5π3)M\left(\dfrac{5\pi}{3}\right)) : 5π3\dfrac{5\pi}{3}, −π3-\dfrac{\pi}{3}, 11π3\dfrac{11\pi}{3}, 17π3\dfrac{17\pi}{3}. Second groupe (image M(π3)M\left(\dfrac{\pi}{3}\right)) : π3\dfrac{\pi}{3}, 7π3\dfrac{7\pi}{3}, −5π3-\dfrac{5\pi}{3}.

Question 2

8π3−(−4π3)=12π3=4π=2×2π\dfrac{8\pi}{3}-\left(-\dfrac{4\pi}{3}\right)=\dfrac{12\pi}{3}=4\pi=2\times2\pi : la différence est un multiple entier de 2π2\pi.

✅ Oui, M(8π3)=M(−4π3)M\left(\dfrac{8\pi}{3}\right)=M\left(-\dfrac{4\pi}{3}\right).

Question 3

7−1=67-1=6 et 0<6<2π≈6,280<6<2\pi\approx6{,}28 : 66 n'est pas un multiple entier de 2π2\pi.

✅ Non, M(1)≠M(7)M(1)\neq M(7) (ils sont très proches, mais différents).

Question 4

On ajoute ou on retranche 2π2\pi tant que le réel n'est pas dans [0 ; 2π[[0\,;\,2\pi[ :

from math import pi

def reduire(x):
    while x < 0:
        x = x + 2 * pi
    while x >= 2 * pi:
        x = x - 2 * pi
    return x

print(reduire(-pi / 3))       # environ 5.236, soit 5pi/3
print(reduire(25 * pi / 6))   # environ 0.524, soit pi/6

Le test donne bien 5π3≈5,236\dfrac{5\pi}{3}\approx5{,}236 et π6≈0,524\dfrac{\pi}{6}\approx0{,}524. Les valeurs sont des approximations (nombres décimaux). Python propose aussi l'opérateur x % (2 * pi), qui fait la même chose.

✅ La fonction reduire renvoie un réel de [0 ; 2π[[0\,;\,2\pi[ qui a la même image que xx.


Exercice 4 (★★) : polygones réguliers

1. Pour k=0,1,…,5k=0,1,\dots,5, on note Mk=M(kπ3)M_k=M\left(\dfrac{k\pi}{3}\right). Montrer que M0M1…M5M_0M_1\dots M_5 est un hexagone régulier de côté 11.

2. Combien de points distincts y a-t-il parmi les M(kπ2)M\left(\dfrac{k\pi}{2}\right), k∈Zk\in\mathbb{Z} ? Quelle est la nature du polygone qu'ils forment ?

3. Même question pour les points M(kπ6)M\left(\dfrac{k\pi}{6}\right), k∈Zk\in\mathbb{Z}, puis pour M(kπ5)M\left(\dfrac{k\pi}{5}\right), k∈Zk\in\mathbb{Z}.

4. Donner des réels dont les images sont les sommets d'un octogone régulier inscrit dans le cercle trigonométrique, dont II est un sommet.

✏️ Correction de l'exercice 4

Question 1

Deux points consécutifs MkM_k et Mk+1M_{k+1} sont séparés par un arc de longueur π3\dfrac{\pi}{3} : MkOMk+1^=π3\widehat{M_kOM_{k+1}}=\dfrac{\pi}{3} (et c'est aussi le cas pour M5M_5 et M0M_0, car 2π−5π3=π32\pi-\dfrac{5\pi}{3}=\dfrac{\pi}{3}).

Le triangle OMkMk+1OM_kM_{k+1} est isocèle en OO (OMk=OMk+1=1OM_k=OM_{k+1}=1) avec un angle au sommet de π3\dfrac{\pi}{3} : ses deux angles à la base valent 12(π−π3)=π3\dfrac{1}{2}\left(\pi-\dfrac{\pi}{3}\right)=\dfrac{\pi}{3}. Il est équilatéral, donc MkMk+1=1M_kM_{k+1}=1.

✅ Les six côtés mesurent 11 et les six sommets sont sur le cercle : M0M1…M5M_0M_1\dots M_5 est un hexagone régulier de côté 11.

Question 2

M((k+4)π2)=M(kπ2+2π)=M(kπ2)M\left(\dfrac{(k+4)\pi}{2}\right)=M\left(\dfrac{k\pi}{2}+2\pi\right)=M\left(\dfrac{k\pi}{2}\right) : les points se répètent tous les 44 valeurs de kk. Ce sont M(0)=IM(0)=I, M(π2)=JM\left(\dfrac{\pi}{2}\right)=J, M(π)=I′M(\pi)=I', M(3π2)=J′M\left(\dfrac{3\pi}{2}\right)=J'.

Ils sont séparés par des arcs de longueur π2\dfrac{\pi}{2} : IJI′J′IJI'J' est un carré (ses diagonales [II′][II'] et [JJ′][JJ'] sont perpendiculaires, de même longueur 22 et se coupent en leur milieu OO). Son côté vaut IJ=12+12=2IJ=\sqrt{1^2+1^2}=\sqrt2.

✅ Il y a 44 points distincts, qui forment un carré de côté 2\sqrt2.

Question 3

M((k+12)π6)=M(kπ6+2π)=M(kπ6)M\left(\dfrac{(k+12)\pi}{6}\right)=M\left(\dfrac{k\pi}{6}+2\pi\right)=M\left(\dfrac{k\pi}{6}\right), et deux valeurs kk et k′k' avec 0⩽k<k′⩽110\leqslant k<k'\leqslant11 donnent des points différents car (k′−k)π6<2π\dfrac{(k'-k)\pi}{6}<2\pi n'est pas un multiple de 2π2\pi.

De même pour kπ5\dfrac{k\pi}{5} : (k+10)π5=kπ5+2π\dfrac{(k+10)\pi}{5}=\dfrac{k\pi}{5}+2\pi.

✅ Il y a 1212 points distincts pour les M(kπ6)M\left(\dfrac{k\pi}{6}\right) (un dodécagone régulier) et 1010 pour les M(kπ5)M\left(\dfrac{k\pi}{5}\right) (un décagone régulier).

Question 4

Huit sommets régulièrement répartis : l'arc entre deux sommets consécutifs vaut 2π8=π4\dfrac{2\pi}{8}=\dfrac{\pi}{4}.

✅ Les réels kπ4\dfrac{k\pi}{4} pour k=0,1,…,7k=0,1,\dots,7 conviennent : 00, π4\dfrac{\pi}{4}, π2\dfrac{\pi}{2}, 3π4\dfrac{3\pi}{4}, π\pi, 5π4\dfrac{5\pi}{4}, 3π2\dfrac{3\pi}{2}, 7π4\dfrac{7\pi}{4}.


Exercice 5 (★★) : axes et quadrants

1. Donner les coordonnées de M(5π)M(5\pi), M(−7π2)M\left(-\dfrac{7\pi}{2}\right), M(100π)M(100\pi), M(−π2)M\left(-\dfrac{\pi}{2}\right) et M(41π2)M\left(\dfrac{41\pi}{2}\right).

2. Sans calculatrice, en utilisant π≈3,14\pi\approx3{,}14, dire dans quel quadrant se trouve M(x)M(x) pour x=2x=2, x=4x=4, x=−1x=-1 et x=5x=5. En déduire les signes de cos⁡x\cos x et sin⁡x\sin x.

3. Même question pour x=100x=100. Vérifier avec la calculatrice (mode radian).

✏️ Correction de l'exercice 5

Question 1

On se ramène à un tour :

M(5π)=M(π)M(5\pi)=M(\pi) car 5π−4π=π5\pi-4\pi=\pi. M(−7π2)=M(π2)M\left(-\dfrac{7\pi}{2}\right)=M\left(\dfrac{\pi}{2}\right) car −7π2+4π=π2-\dfrac{7\pi}{2}+4\pi=\dfrac{\pi}{2}. M(100π)=M(0)M(100\pi)=M(0) car 100π=50×2π100\pi=50\times2\pi. M(−π2)=M(3π2)M\left(-\dfrac{\pi}{2}\right)=M\left(\dfrac{3\pi}{2}\right) car −π2+2π=3π2-\dfrac{\pi}{2}+2\pi=\dfrac{3\pi}{2}. M(41π2)=M(π2)M\left(\dfrac{41\pi}{2}\right)=M\left(\dfrac{\pi}{2}\right) car 41π2−20π=π2\dfrac{41\pi}{2}-20\pi=\dfrac{\pi}{2}.

✅ M(5π)=I′(−1 ; 0)M(5\pi)=I'(-1\,;\,0) ; M(−7π2)=J(0 ; 1)M\left(-\dfrac{7\pi}{2}\right)=J(0\,;\,1) ; M(100π)=I(1 ; 0)M(100\pi)=I(1\,;\,0) ; M(−π2)=J′(0 ; −1)M\left(-\dfrac{\pi}{2}\right)=J'(0\,;\,-1) ; M(41π2)=J(0 ; 1)M\left(\dfrac{41\pi}{2}\right)=J(0\,;\,1).

Question 2

On encadre chaque réel entre des multiples de π2\dfrac{\pi}{2} (π2≈1,57\dfrac{\pi}{2}\approx1{,}57, π≈3,14\pi\approx3{,}14, 3π2≈4,71\dfrac{3\pi}{2}\approx4{,}71, 2π≈6,282\pi\approx6{,}28).

xxEncadrementQuadrantcos⁡x\cos xsin⁡x\sin x
22 π2<2<π\dfrac{\pi}{2}<2<\pi deuxième <0<0 >0>0
44 π<4<3π2\pi<4<\dfrac{3\pi}{2} troisième <0<0 <0<0
−1-1 −π2<−1<0-\dfrac{\pi}{2}<-1<0 quatrième >0>0 <0<0
55 3π2<5<2π\dfrac{3\pi}{2}<5<2\pi quatrième >0>0 <0<0

Question 3

1002π≈15,9\dfrac{100}{2\pi}\approx15{,}9 : on peut retrancher 1515 tours, soit 30π≈94,2530\pi\approx94{,}25. Reste 100−30π≈5,75100-30\pi\approx5{,}75.

Or 3π2≈4,71<5,75<2π≈6,28\dfrac{3\pi}{2}\approx4{,}71<5{,}75<2\pi\approx6{,}28 : quatrième quadrant, donc cos⁡100>0\cos100>0 et sin⁡100<0\sin100<0.

✅ À la calculatrice : cos⁡100≈0,862\cos100\approx0{,}862 et sin⁡100≈−0,506\sin100\approx-0{,}506, ce qui confirme les signes.


Exercice 6 (★★) : vrai ou faux

Justifier chaque réponse :

1. M(−π2)=M(3π2)M\left(-\dfrac{\pi}{2}\right)=M\left(\dfrac{3\pi}{2}\right).

2. Si M(x)=M(y)M(x)=M(y), alors x=yx=y.

3. Les points M(π3)M\left(\dfrac{\pi}{3}\right) et M(−π3)M\left(-\dfrac{\pi}{3}\right) sont symétriques par rapport à la droite (OI)(OI).

4. Le point M(10)M(10) est dans le troisième quadrant.

5. Il y a un seul réel xx de [0 ; 4π[[0\,;\,4\pi[ tel que M(x)=JM(x)=J.

6. Les points M(x)M(x) et M(x+π)M(x+\pi) sont diamétralement opposés.

✏️ Correction de l'exercice 6

Affirmation 1

3π2−(−π2)=2π\dfrac{3\pi}{2}-\left(-\dfrac{\pi}{2}\right)=2\pi.

✅ Vrai.

Affirmation 2

Contre-exemple : M(0)=M(2π)=IM(0)=M(2\pi)=I avec 0≠2π0\neq2\pi.

❌ Faux.

Affirmation 3

On parcourt la même longueur π3\dfrac{\pi}{3} depuis II, dans deux sens opposés : les deux points sont symétriques par rapport à (OI)(OI).

✅ Vrai.

Affirmation 4

10−2π≈3,7210-2\pi\approx3{,}72 et π≈3,14<3,72<3π2≈4,71\pi\approx3{,}14<3{,}72<\dfrac{3\pi}{2}\approx4{,}71.

✅ Vrai.

Affirmation 5

J=M(π2)J=M\left(\dfrac{\pi}{2}\right) et π2+2π=5π2\dfrac{\pi}{2}+2\pi=\dfrac{5\pi}{2} appartient aussi à [0 ; 4π[[0\,;\,4\pi[ : il y en a deux, π2\dfrac{\pi}{2} et 5π2\dfrac{5\pi}{2}.

❌ Faux.

Affirmation 6

Ajouter π\pi revient à faire un demi-tour de plus : M(x+π)M(x+\pi) est le symétrique de M(x)M(x) par rapport à OO, donc ils sont aux extrémités d'un diamètre.

✅ Vrai.


🎯 Ce qui peut tomber en contrôle

  • Placer un point M(x)M(x) après réduction à un tour (exercices 1 et 5).
  • Lire un réel sur une figure (exercice 2).
  • Montrer que deux réels ont la même image (exercice 3).
  • Reconnaître un polygone régulier (exercice 4).
  • Situer un point dans un quadrant (exercice 5).

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

Le point M(7π3)M\left(\dfrac{7\pi}{3}\right) est égal à :

Question 2 sur 5

Lequel de ces réels n'a pas la même image que π6\dfrac{\pi}{6} ?

Question 3 sur 5

Le point M(−π2)M\left(-\dfrac{\pi}{2}\right) est :

Question 4 sur 5

Combien de points distincts y a-t-il parmi les M(kπ2)M\left(\dfrac{k\pi}{2}\right), k∈Zk\in\mathbb{Z} ?

Question 5 sur 5

Avec π≈3,14\pi\approx3{,}14, le point M(2)M(2) est dans le :

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

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