Fiche 1 : valeurs, formules, équations et inéquations
Huit exercices pour maîtriser toute la trigonométrie du programme :
conversions et valeurs remarquables ;
formules d'angles associés ;
relation cos2+sin2=1 ;
formules de duplication et d'addition ;
équations sur R et sur un intervalle ;
équations avec changement de variable ;
inéquations et vrai/faux.
Toutes les corrections sont rédigées comme on l'attend au bac :
formule citée ;
solution générale avec k∈Z ;
sélection des solutions de l'intervalle ;
vérification.
💡 Le modèle de rédaction d'une équation trigonométrique
« Comme cos3π=21, l'équation cosx=21 s'écrit cosx=cos3π. Donc x=3π+2kπ ou x=−3π+2kπ, avec k∈Z. Dans l'intervalle ]−π;π], les solutions sont −3π et 3π. »
cosx=cosa⟺x=a+2kπ ou x=−a+2kπ
sinx=sina⟺x=a+2kπ ou x=π−a+2kπ
Sur un intervalle : donne des valeurs entières à k et garde celles qui sont dans l'intervalle.
⚠️ Les pièges classiques
Oublier +2kπ ou la deuxième famille de solutions.
Calculatrice en degrés au lieu de radians.
Confondre cos(π−x)=−cosx et sin(π−x)=sinx.
Garder X=cosx avec ∣X∣>1.
😄 Si ta calculatrice donne cos(π)=0,998, ne cherche pas l'erreur dans la trigonométrie : elle est en degrés.
Exercice 1 (★) : conversions et valeurs remarquables
1. Convertir en radians : 45∘, 120∘, 210∘. Convertir en degrés : 65π et 43π.
Dans toutes les réponses, k désigne un entier relatif.
Question 1
cos3π=21. cosx=cos3π⟺x=3π+2kπ ou x=−3π+2kπ.
✅ S={±3π+2kπ,k∈Z}
Question 2
sin(−4π)=−22. sinx=sin(−4π)⟺x=−4π+2kπ ou x=π−(−4π)+2kπ=45π+2kπ.
✅ S={−4π+2kπ;45π+2kπ,k∈Z}
Question 3
cosx=cos2π⟺x=2π+2kπ ou x=−2π+2kπ. Ces deux familles se regroupent :
✅ S={2π+kπ,k∈Z}
Question 4
cos(2x)=cosx⟺2x=x+2kπ ou 2x=−x+2kπ⟺x=2kπ ou x=32kπ.
La première famille est contenue dans la seconde (k multiple de 3).
✅ S={32kπ,k∈Z}
Exercice 6 (★★) : équations sur un intervalle
1. Résoudre sinx=23 sur [0;2π].
2. Résoudre 2sin2x−sinx−1=0 sur [0;2π].
3. Résoudre cosx+sinx=1 sur ]−π;π].
✏️ Correction de l'exercice 6
Question 1
sin3π=23. sinx=sin3π⟺x=3π+2kπ ou x=π−3π+2kπ=32π+2kπ. Sur [0;2π] (k=0) :
✅ S={3π;32π}
Question 2
On pose X=sinx, avec −1≤X≤1. L'équation devient 2X2−X−1=0. (2X+1)(X−1)=0. Donc X=−21 ou X=1, deux valeurs comprises entre −1 et 1.
Si sinx=1 :x=2π sur [0;2π].
Si sinx=−21 :sin(−6π)=−21, donc x=−6π+2kπ ou x=67π+2kπ. Sur [0;2π] : x=611π (k=1 pour la première famille) ou x=67π.
✅ S={2π;67π;611π}
Question 3
Par la formule d'addition :
cos(x−4π)=cosxcos4π+sinxsin4π=22(cosx+sinx)
Donc cosx+sinx=2cos(x−4π).
L'équation équivaut à cos(x−4π)=21=22=cos4π. Soit x−4π=4π+2kπ ou x−4π=−4π+2kπ. C'est-à-dire x=2π+2kπ ou x=2kπ.
Sur ]−π;π] (k=0) :
✅ S={0;2π}
Vérification : cos0+sin0=1 ✓ et cos2π+sin2π=1 ✓
Exercice 7 (★★★) : inéquations
1. Résoudre cosx≥22 sur ]−π;π].
2. Résoudre sinx<−21 sur [0;2π].
3. Résoudre 2cos2x−3cosx+1≤0 sur ]−π;π].
✏️ Correction de l'exercice 7
Question 1
cosx=22 sur ]−π;π] pour x=4π et x=−4π. Sur le cercle trigonométrique, les points dont l'abscisse (le cosinus) est supérieure ou égale à 22 forment l'arc entre −4π et 4π.
✅ S=[−4π;4π]
Question 2
sinx=−21 sur [0;2π] pour x=67π et x=611π. Les points dont l'ordonnée (le sinus) est strictement inférieure à −21 forment l'arc ouvert entre 67π et 611π.
✅ S=]67π;611π[
Question 3
On pose X=cosx. L'inéquation devient 2X2−3X+1≤0. (2X−1)(X−1)≤0. C'est-à-dire 21≤X≤1.
Comme cosx≤1 pour tout x, l'inéquation équivaut à cosx≥21. Sur ]−π;π], cosx=21 pour x=±3π.
✅ S=[−3π;3π]
Exercice 8 (★★) : vrai ou faux
Justifier chaque réponse :
1. Pour tout réel x, cos(2x)=2cosx.
2. Pour tout réel x, sin(x+π)=−sinx.
3. Pour tout réel x, cos2x≤1.
4. Pour tout réel x, cos(x2)=cos2x.
5. L'équation cosx=2 n'a pas de solution.
6. Si sinx=siny, alors x=y.
✏️ Correction de l'exercice 8
Affirmation 1
Pour x=0 : cos0=1 et 2cos0=2. En général cos2x=2cos2x−1.
❌ Faux.
Affirmation 2
C'est la formule sin(π+x)=−sinx.
✅ Vrai.
Affirmation 3
−1≤cosx≤1, donc 0≤cos2x≤1.
✅ Vrai.
Affirmation 4
Pour x=π : cos(π2)≈cos(9,87)≈−0,90, alors que cos2π=1.
❌ Faux.
Affirmation 5
cosx≤1<2 pour tout x.
✅ Vrai.
Affirmation 6
Contre-exemple : x=0 et y=π donnent sinx=siny=0, avec x=y. La fonction sinus n'est pas injective sur R (elle est périodique).
❌ Faux.
🎯 Ce qui peut tomber au bac
Des valeurs exactes et des formules d'angles associés (exercices 1, 2).
Une équation ou inéquation trigonométrique sur un intervalle, avec ou sans changement de variable (exercices 5, 6, 7).
Une formule de duplication ou d'addition pour calculer une valeur exacte (exercice 4).
Un vrai/faux sur les propriétés de cos et sin (exercice 8).
QCM : vérifie tes acquis
10 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 10
Que vaut cos3π ?
Valeur remarquable : cos3π=21 et sin3π=23.
Question 2 sur 10
Que vaut sin32π ?
sin32π=sin(π−3π)=sin3π=23.
Question 3 sur 10
Quelles sont les solutions de cosx=21 sur [0;2π] ?
cosx=cos3π⟺x=±3π+2kπ : sur [0;2π], x=3π ou x=35π.
Question 4 sur 10
Quelles sont les solutions de sinx=21 sur [0;2π] ?
sinx=sin6π⟺x=6π+2kπ ou x=π−6π+2kπ.
Question 5 sur 10
Quelle égalité est vraie pour tout réel x ?
C'est la relation fondamentale de la trigonométrie.
Question 6 sur 10
Dans l'exercice 1, quelle est la valeur exacte de cos37π ?
37π=2π+3π, donc cos37π=cos3π=21.
Question 7 sur 10
Dans l'exercice 2, comment se simplifie A(x)=cos(π−x)+sin(2π+x)+cos(x+π) ?
cos(π−x)=−cosx, sin(2π+x)=cosx, cos(x+π)=−cosx : la somme vaut −cosx.
Question 8 sur 10
Dans l'exercice 3, sachant sinx=53 avec x∈[2π;π], que vaut cosx ?
cos2x=1−259=2516, et cosx≤0 sur [2π;π], donc cosx=−54.
Question 9 sur 10
Dans l'exercice 5, quel est l'ensemble solution de cos(2x)=cosx sur R ?
cos(2x)=cosx⟺2x=±x+2kπ, ce qui donne x=2kπ ou x=32kπ : au final x=32kπ regroupe toutes les solutions.
Question 10 sur 10
Dans l'exercice 6, quel est l'ensemble solution de cosx+sinx=1 sur ]−π;π] ?
En écrivant cosx+sinx=2cos(x−4π), on trouve les solutions x=0 et x=2π sur cet intervalle.
Un doute sur ce chapitre ? On en parle ensemble, sans engagement.