le plan à un repère orthonormé direct \((O, \vec{u}, \vec{v})\).
L’ensemble des nombres complexes, noté ℂ, est l’ensemble : ℂ={a +bi/(a,b)∈IR}.
▪ Le réel a est appelé La partie réelle du nombre complexe z et est notée Re( z) .
▪ Le réel b est appelé la partie imaginaire du nombre complexe z et est notée Im( z) .
▪ L’écriture « a + ib » est appelée la forme algébrique du nombre complexe z .
▪ Si Re( z) = 0 le nombre complexe z est appelé imaginaire pur.
▪Egalité de deux nombres complexes :Soit ( z ; z ‘) ∈ ℂ
z = z ‘⇔ Re (z) = Re (z’) et Im (z) = Im (z ‘).
* Équation du 2ème degré à coefficients réels
▪ Si ∆ > 0, alors (E) admet deux solutions réelles:
\(z_{1}=\frac{-b-\sqrt{\Delta}}{2 a}\) et \(z_{2}=\frac{-b+\sqrt{\Delta}}{2 a}\).
▪ Si ∆ = 0, (E) admet une seule solution \(z_{0}=\frac{-b}{2 a}\).
▪ Si ∆ < 0 , alors (E) admet deux solutions complexes
\(z_{1}=\frac{-b-i\sqrt{-\Delta}}{2 a}\) et \(z_{2}=\frac{-b+i\sqrt{-\Delta}}{2 a}\).
* Conjugué
Définitions
le nombre complexe \(\overline{z}=a-ibz\).
Exemple:
Soit \(z=3+4iz ⟶ \overline{z}=3−4i\).
Propriétés:
* \(\overline{(\frac{z}{z^{\prime}})}= \frac{\overline{z}}{\overline{z^{\prime}}}\) pour \(z^{\prime}\)≠0.
* \(z+\bar{z}\) = 2a =2 Re(\(z\)).
* \(z-\bar{z}\) = 2ib = 2i Im(\(z\)).
* \(\overline{(z)^{n}} = (\overline{z})^{n}\).
* \(\overline{(\frac{z}{z^{\prime}})}=\frac{\bar{z}}{\overline{z^{\prime}}}\).
* \(z=\bar{z}\) ⇔ \(z∊R\).
* \(z=-\bar{z}\) ⇔ \(z\)∊iR.
* \(z\bar{z}\)=a²+b².
Exemple:
\(\overline{(2+i)^{3}} = (2-i)^{3}\).
*A tout nombre complexe z=a+ib, on associe le point M de coordonnées (a;b).
⟶ On dit que M est l’image de z (l’image ponctuelle)
et que z est l’affixe du point M (z = aff (M)).
*A tout vecteur \(\vec{w}\) de coordonnées (a;b) on associe le nombre complexe z=a+ib.
⟶ On dit que z est l’affixe du vecteur \(\vec{w}\).
* M appartient à l’axe des abscisses si et seulement si son affixe z est un nombre réel.
* M appartient à l’axe des ordonnées si et seulement si son affixe z est un nombre imaginaire pur.
* Deux nombres complexes conjugués ont des affixes symétriques par rapport à l’axe des abscisses.
Exemple:
\(z_{A}=2+3i ⟶ A(2,3)\)
Soient A et B deux points d’affixes respectives \(z_{A}\) et \(z_{B}\).
* l’affixe du vecteur \(\overrightarrow{AB}\) est égale à :\(z_{\overrightarrow {AB}}=z_{B}-z_{A}\).
* l’affixe du milieu M du segment [AB] est égale à :\(z_{M}=\frac {z_{A}+z_{B}} {2}\).
* L’affixe de G le barycentre de A( α) et B(β) est :\(z_{G}=\frac {(αz_{A}+βz_{B})} {α+β} \) avec (α + β) ≠ 0.
Propriétés: soient \(\vec{w}(z)\) et \(\vec{w^{\prime}}(z^{\prime})\) deux vecteurs du plan et k un nombre réel.
* Le vecteur \(\vec{w}+\vec{w^{\prime}}\) a pour affixe z+z′.
* Le vecteur \(k\vec{w}\) a pour affixe \(kz\).
* Le module d’un nombre complexe
nombre réel positif \(|z|=\sqrt{a^{2}+b^{2}}\).
* \(|z|²= z ×\overline {z}\)
*\(∣\frac{z}{z’}∣=\frac{∣z∣}{∣z’∣}\) pour z’≠0.
*\(∣z + z ‘∣ ≤ ∣z∣ + ∣z’∣\)
* L’argument d’un nombre complexe
On appelle argument de z et on note arg(z) une mesure exprimée en radians de l’angle\((\vec{u};\vec{OM})\).
* z∈IR⁻* ⇔ arg (z)≡π [2π]. ∥(Ex: arg(-2019)≡π [2π])).
* z∈iIR⁺* ⇔ arg (z)≡\(\frac {π }{2}\) [2π]. ∥(Ex: arg(75i)≡\(\frac {π }{2}\) [2π])).
* z∈iIR⁻* ⇔ arg (z)≡\(\frac {-π }{2}\) [2π]\). ∥(Ex: arg(-91i)≡\(\frac {-π }{2}\) [2π])).
✓ Soit z=\(\sqrt{3}\)+1 ⟶ | z |=\(\sqrt {3 + 1}\)= 2.
Si θ est un argument de z :
z=\(2(\frac{\sqrt{3}}{2}+\frac{1}{2}i)\)
cos (θ)=\(\frac{\sqrt{3}}{2}\) et sin (θ)=\(\frac{1}{2}\).
donc: θ=\(\frac{π }{6}\)[2π].
Propriétés:
Le passage de la forme algébrique à la forme trigonométrique :
z = a +ib ⟶ cos(θ)=\(\frac{a}{∣z∣}\) et sin(θ)=\(\frac{b}{∣z∣}\)
D’où: z =r (cos(θ) + isin(θ) ) = [r,θ].
✓ Soit z=1+i on pose z=[r,θ]
*r=| z |=\(\sqrt {1 + 1}\)=\(\sqrt {2}\).
*cos(θ)=\(\frac{1}{\sqrt {2}}\) et sin(θ)=\(\frac{1}{\sqrt {2}}\).
➝ θ=\(\frac{π }{4}\)[2π].
Donc La forme trigonométrique de z est :
z =\(\sqrt {2}\) (cos(\(\frac{π }{4}\)) + isin(\(\frac{π }{4}\)) ) = [\(\sqrt {2}\),\(\frac{π }{4}\)].
la notation exponentielle du nombre z est :\(z=re^{iθ}\).
\(=4e^{i\frac{π}{2}}\). (|4i|=4 ).
\(=5e^{i\frac{π}{2}}\). (|-5i|=5).
* \((re^{iθ})^{n}\) = \(r^{n}e^{inθ}\)
* \(\frac{re^{iθ}}{r’e^{iθ’}}\) = \(\frac{r}{r’}e^{i(θ-θ’)}\)
* \(\overline {re^{iθ}}\) = \(re^{-iθ}\)
✓
a=(1+\(\sqrt {3}\)i)(1+i)
a=\(2e^{i\frac{π}{3}}\)× \(\sqrt {2}e^{i\frac{π}{4}}\)
a=\((r×r’)e^{i(θ+θ’)}\)
a= \(2\sqrt {2}e^{i(\frac{π}{3}+\frac{π}{4}})\)
✓
b=\(\frac{(\sqrt {3}i+1)}{3i}\)
b=\(\frac{2}{3}e^{i(\frac{π}{3}-\frac{π}{2})}\)
✓
c=\(\frac{{i}^{2020}}{-2}\)
=1^{2020}×e^{i\frac{π}{2}×2020}=e^{i×1010π}\).
d’où: c= \(\frac{e^{i×1010π}}{2e^{iπ}}\)
c=\(\frac{1}{2} e^{i×1009π}\)
Donc: c=\(\frac{1}{2} e^{i×π}\).
✓Remarque:
* \(e^{i \theta}=\cos \theta+i \sin \theta\) ∥ \(|e^{i \theta}|=1\) ∥ \(arg(e^{i \theta})=\theta [2 \pi]\).
*\(\arg \left(-e^{i \theta}\right) \equiv \operatorname{ag}(-1)+\arg \left(e^{i \theta}\right)[2 \pi]=\theta+\pi [2 \pi]\).
*\(\arg \left(2 e^{i \theta}\right)=arg(2)+arg(e^{i \theta})=\theta [2 \pi]\).
*\(\arg \left(2 i e^{i \theta}\right)=arg(2 i)+arg(e^{i \theta})=\frac{\pi}{2}+\theta [2 \pi]\).
*\(\operatorname{ag}\left(-2 i e^{i \theta}\right)=arg(-2 i)+arg(e^{i \theta})=-\frac{\pi}{2}+\theta [2 \pi]\).
Tel que: z’= z+a avec a un complexe fixé.
⟶ \(T\) est une translation de vecteur \(\overrightarrow{u}\) d’affixe a.
on note: \(T_{\overrightarrow{u}}\) M (z) = M'( z’).
Calcule de z’ tel que et \(T\)(A)=B(z’):
\(T\)(A)=B ⟶ z ‘=z+a ⟶ z’=(3i)+(1+i)=1+4i.
La transformation \(H\) qui transforme le point M (z) au point M'(z’)
Tel que: z’−ω = k ( z −ω).
⟶ \(H\) est un homothétie de centre Ω(ω) et de rapport k.
on note: \(H\)(Ω,k) M (z) = M'(z’).
et \(H\) un homothétie de centre Ω et de rapport k=2.
Calcule de z’ \(H\)(A)=B(z’) :
⟶ z’−ω = k ( z−ω)
⟶ z’-i= 2((1+3i)-i) ⟶ z’=2+5i.
La transformation \(R\) qui transforme le point M ( z) au point M ‘( z’)
Tel que: z’−ω = \(e^{iθ}\) (z −ω).
⟶ \(R\) est une rotation de centre Ω(ω) et d’angle θ.
on note: \(R\)(Ω,θ) M (z) = M ‘( z’).
et \(R\) une rotation de centre Ω(ω=0) et d’angle \(θ=\frac{π}{2}\).
Montrer que \(R\)(A)=B :
Montrons que z ‘−ω = \(e^{iθ}\) (z −ω).
Calculons:
* z ‘−ω =2i-0=2i
* \(e^{iθ}\) (z −ω)=\(e^{i\frac{π}{2}}\)(2-0)=2i
D’où: z ‘−ω=\(e^{iθ}\) (z −ω)
est un parallélogramme ⇔ \(z_{B}-z_{A}=z_{C}-z_{D}\)
*ABCD Rectangle: \(\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{DC}\) et \((\overrightarrow{AB};\overrightarrow{AD})\)≡\(\frac{±\pi}{2}\) [2π].
ABCD est un Rectangle ⇔ \(z_{B}-z_{A}=z_{C}-z_{D}\) ∥ arg \((\frac{z_{D}-z_{A}}{z_{B}-z_{A}})\)≡\(\frac{±\pi}{2}\) [2π].
* ABCD Carré: \(\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{DC}\), \((\overrightarrow{AD};\overrightarrow{AB})\)≡\(\frac{±\pi}{2}\) [2π] et AB=AD.
* ABCD Trapèze: \(\overrightarrow{AD}=k \overrightarrow{BC}\) avec k∈IR.
ABC est un triangle isocèle ⇔ \(|z_{B}-z_{A}|=|z_{C}-z_{A}|\).
ABCD est un triangle rectangle en A ⇔ arg \((\frac{z_{C}-z_{A}}{z_{A}-z_{A}})\)≡\(\frac{±\pi}{2}\) [2π].
* ABC est un triangle équilatérale ⇔\(|z_{B}-z_{A}|=|z_{C}-z_{A}|\) et arg \((\frac{z_{B}-z_{A}}{z_{C}-z_{A}})\)≡\(\frac{±\pi}{6}\) [2π].