Mathématiques : Tronc Commun

Séance 10 (Trigonométrie 2 - Équations et inéquations trigonométriques)

 

 

Professeur : Mr ETTOUHAMY Abdelhak

 

Sommaire

 

I- Équations trigonométriques

1-1/ Équations de la forme cosx=a a∈ℝ

1-2/ Équations de la forme sinx=a a∈ℝ

1-3/ Équations de la forme tanx=a a∈ℝ

II- Inéquations trigonométriques dans un intervalle K⊂ℝ

2-1/ Inéquations de la forme cosx≥a ; cosx>a ; cosx≤a ; cosx<a

2-2/ Inéquations de la forme sinx≥a ; sinx>a ; sinx≤a ; sinx<a

2-3/ Inéquations de la forme tanx≥a ; tanx>a ; tanx≤a ; tanx<a

III- Exercices

3-1/ Exercice 1

3-2/ Exercice 2

3-3/ Exercice 3

3-4/ Exercice 4

 


I- Équations trigonométriques

 

1-1/ Équations de la forme cosx=a a∈ℝ

Activité

Le plan P est rapporté a un repère orthonormé direct O,i→,j→.

C est le cercle trigonométrique d’origine I lié au repère O,i→,j→ tel que OI→=i→ et OJ→=j→ et OI'→=-i→ et OJ'→=-j→.

  1. Construire sur le cercle les points M de C tel que cosi→,OM→=12.
  1. Déterminer pour chaque cas les abscisses curvilignes de M.
  1. Déterminer pour chaque cas les mesures de l’angle orienté i→,OM→.
  1. Que peut-on dire pour M de C tel que cosi→,OM→=3 ?

 

 

Propriété

Soit x∈ℝ et a un réel donné.

L’équation x∈ℝ : cosx=a a∈ℝ pour solutions :

  • 1er cas : a∈]-∞,-1[∪]1,+∞[

L’équation n’a pas de solution d’où S=∅

  • 2ème cas : a∈-1,1

on a cosx=a, on cherche α de ℝ tel que a=cosα, d’où :

cosx=a⇔cosx=cosα                 ⇔x=α+2kπx=-α+2kπ; k∈ℤ

L'ensemble des solutions de l’équation est :

S=x∈ℝ/x=α+2kπ , x=-α+2kπ / k∈ℤ

Cas particulier :

a=0 : L'ensemble des solutions de l’équation E est : S=π2+kπ / k∈ℤ

a=1 : L'ensemble des solutions de l’équation E est : S=2kπ / k∈ℤ

a=-1 : L'ensemble des solutions de l’équation E est : S=π+2kπ / k∈ℤ

 

 

1-2/ Équations de la forme sinx=a a∈ℝ

Activité

Le plan P est rapporté a un repère orthonormé direct O,i→,j→.

C est le cercle trigonométrique d’origine I lié au repère O,i→,j→ tel que OI→=i→ et OJ→=j→ et OI'→=-i→ et OJ'→=-j→.

  1. Construire sur le cercle les points M de C tel que sini→,OM→=32.
  1. Déterminer pour chaque cas les abscisses curvilignes de M.
  1. Déterminer pour chaque cas les mesures de l’angle orienté i→,OM→.
  1. Que peut-on dire pour M de C tel que sini→,OM→=-5 ?

 

 

Propriété

Soit x∈ℝ et a un réel donné.

L’équation x∈ℝ : sinx=a a∈ℝ pour solutions :

  • 1er cas : a∈]-∞,-1[∪]1,+∞[

L’équation n’a pas de solution d’où S=∅

  • 2ème cas : a∈-1,1

on a sinx=a, on cherche α de ℝ tel que a=sinα, d’où :

sinx=a⇔sinx=sinα                 ⇔x=α+2kπx=π-α+2kπ; k∈ℤ

L'ensemble des solutions de l’équation est :

S=x∈ℝ/x=α+2kπ , x=π-α+2kπ / k∈ℤ

Cas particulier :

a=0 : L'ensemble des solutions de l’équation E est : S=kπ / k∈ℤ

a=1 : L'ensemble des solutions de l’équation E est : S=π2+2kπ / k∈ℤ

a=-1 : L'ensemble des solutions de l’équation E est : S=-π2+2kπ / k∈ℤ

 

 

1-3/ Équations de la forme tanx=a a∈ℝ

Activité

Il faut au départ déterminer l’ensemble de définition de l’équation : x≠π2+kπ,k∈ℤ

Soit la droite T tangente au cercle C en I, coupe la demi-droite [OM) au point T (condition M≠J et M≠J').

La droite T est muni du repère I,i→.

  1. Déterminer la condition sur x pour que tan(x) soit définie .
  1. Construire sur la droite T et le point T tel que tani→,OT→=12.
  1. Construire sur le cercle les points M intersection de la droite OT et le cercle C.
  1. Déterminer pour chaque cas les abscisses curvilignes de M.
  2. Déterminer les mesures de l’angle orienté i→,OM→.
  3. Que peut-on dire pour M de C tel que tani→,OM→=-5 ?

 

 

Propriété

Soit x∈ℝ et a un réel donné.

Soit l’équation x∈ℝ : tanx=a a∈ℝ.

L'ensemble de définition de l’équation E est ℝ-π2+kπ,k∈ℤ

On a tanx=a a∈ℝ, et on cherche α de ℝ tel que a=tanα, d’où :

tanx=a⇔tanx=tanα                ⇔x=α+kπ; k∈ℤ

L'ensemble des solutions de l’équation E est :

S=x∈ℝ/x=α+kπ / k∈ℤ

 

II- Inéquations trigonométriques dans un intervalle K⊂ℝ

 

2-1/ Inéquations de la forme cosx≥a ; cosx>a ; cosx≤a ; cosx<a

Exemple 1
  1. Résoudre l’inéquation suivante :

E1:x∈0,2π ; cosx≤12​

 

 

2-2/ Inéquations de la forme sinx≥a ; sinx>a ; sinx≤a ; sinx<a

Exemple
  1. Résoudre l’inéquation suivante :

E1:x∈0,2π ; sinx≤32​

 

2-3/ Inéquations de la forme tanx≥a ; tanx>a ; tanx≤a ; tanx<a

Exemple
  1. Résoudre l’inéquation suivante :

E1:x∈0,π ; tanx>12​

III- Exercices

 

3-1/ Exercice 1

  1. Résoudre dans ℝ les équations suivantes :
1 cosx=222 sinx=12 3 cosx=-224 tanx=-33
  1. Résoudre dans l’intervalle I les équations suivantes :
1 sixx=22 ; I=0,2π2 cosx=cosπ5 ; I=-π,π 3 tanx=33 ; I=0,2π4 2cosx=-1 ; I=0,π
  1. Résoudre dans R les inéquations suivantes :
1 sinx≥12 ; I=0,2π2 cosx≥22 ; I=]-π,π] 3 tanx<-3 ; I=]-π,π]4 cosx≥-22 ; I=0,2π

 

 

3-2/ Exercice 2

  1. Résoudre dans ℝ les équations suivantes :

1 2cos2x-1=02 cos2x-3cosx+2=03 3tan2x-1=04 2sin2x+sinx-1=0

 

 

3-3/ Exercice 3

  1. Résoudre dans l’intervalle I les équations  suivantes :
1 2cosx+π3=1 ; I=0,2π2 2sinx2=2 ; I=-π,π3 2cos2x=3 ; I=0,2π4 sin2x+π4=22 ; I=-π,π  

 

 

3-4/ Exercice 4

Soit x∈ℝ.

On pose P(x)=2cos2(x)+cos(x).

  1. Résoudre dans ℝ l’équation P(x)=0.
  1. Étudier le signe de P(x) sur l’intervalle 0,2π.
  1. Déduire les solutions de P(x)≤0 dans l’intervalle 0,2π.

On pose Q(x)=-2 sin2(x)+3 sin(x)-1.

  1. Montrer que Q(x)=(2 sin(x)-1)(1-sin(x)).
  1. Résoudre dans ℝ l’équation Q(x)=0.
  1. Étudier le signe de Q(x) sur l’intervalle -π,π.
  1. Déduire les solutions de Q(x)>0 dans l’intervalle -π,π.