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Niveau Maths sup
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Complexe, forme exponentielle

Posté par
QuentinDelon1
27-10-21 à 11:03

Bonjour, voici l'énoncé :

On a (E) : z²-2az+b=0

On rappelle que z1+z2 =2a
On rappelle que z1z2 = b  

On suppose |z1|=|z2|
Ecrire z1 et z2 sous forme exponentielle puis en déduire que a²/b est un réel et appartient  à l'intervalle ]0,1]

J'en ai déduit que z1+z2 = ei1+ei2 = 2a/R

Avec R = |z1|=|z2|

et z1z2 = ei(1+2) = b/R²

Mais je ne vois pas du tout comment arriver à un a²/b ?

Merci pour votre aide !

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 11:23

Bonjour,

Tu peux exprimer a et b en fonction de  \theta_1 et \theta_2 puis calculer \dfrac{a^2}{b}.

Au fait, que vient faire un R2 dans cette histoire ?

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 11:25

Erreur de ma part : il y a bien des R qui vont se simplifier...

Posté par
QuentinDelon1
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 11:39

Je trouve :

a²/b  = (e-i2+e-i1)/4

Correct ?

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 11:44

Tu as du commettre des erreurs.

Posté par
DOMOREA
petite question sur la somme de limite 27-10-21 à 11:56

bonjour,

Citation :
z1+z2 = e^{i\theta_1}+e^{i\theta_2}

z_1 et z_2 ont même module mais cela ne veut pas dire que le module est 1
z_1+z_2=\rho[(cos(\theta_1)+cos(\theta_2)+i(sin(\theta_1)+sin(\theta_2))]
Tu as des formules de trigo qui transforme cos(x)+cos(y) et sin(x)+sin(y) en produits
après tu pourras repasser en forme exponentielle, pour le produit c'est immédiat

Posté par
QuentinDelon1
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 12:00

Alors, voici mon calcul :

a²/b = (R²(ei1+i2))/4*R²*ei(1+2)

= (ei1+i2)/4*ei(1+2)

En utilisant le conjugué de ei(1+2) soit e-i(1+2)

On obtient ei1*e-i(1+2) +ei1*e-i(1+2)

Ce qui donne e-i1 +e-i2
Tout ça divisé par 4, où mon erreur ?

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 12:04

Citation :
a²/b = (R²(ei1+i2))/4*R²*ei(1+2)


Il manque un carré dès le départ au numérateur.

Posté par
Pepper08800
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 12:06

Bonjour Quentin,

D'après ce que tu as écris, il manque il manque un carré au numérateur.

Posté par
malou Webmaster
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 12:17

Bonjour à tous,

Pepper08800, je vois que tu es nouveau, peux-tu renseigner ton profil (d'études) s'il te plaît (en allant dans ton espace membre)
Nous le demandons à tous les nouveaux inscrits.
Je te remercie


malou edit > **profil renseigné** merci

Posté par
QuentinDelon1
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 12:19

et bah on recommence !

En oubliant toutes les recopiages..

J'obtiens avec le même principe :  (ei(1-2)+ei(2-1)+2)/4

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 12:23

Oui !

Tu peux maintenant écrire ceci avec des cosinus.

Posté par
DOMOREA
Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 12:24

bonjour,
tu n'as pas lu ce que j'ai écris
L'expression de ta somme de 2 formes exponentielles est complétement fausse !!

e^i\theta_1}+e^{i\theta_2} n'est pas égale à e^{i\theta_1+{i\theta_2}

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 12:26

>>DOMOREA

Ceci :

  

Citation :
(ei(1-2)+ei(2-1)+2)/4


est parfaitement correct.

Posté par
QuentinDelon1
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 12:26

Non en effet !! Simplement une erreur de recopie dans mon message et en plus j'ai oublié un carré dès le départ.


Ok à la fin j'obtient (cos(1-2)+1)/2 donc a²/b est compris entre [0;1] (je ne comprends pas pourquoi l'intervalle est censé être ouvert en  0 ? )

Posté par
QuentinDelon1
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 12:27

j'obtiens ** il faut que j'apprenne à  me relire !

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 12:29

.. que tu peux écrire aussi (formule de trigo) :

  \dfrac{a^2}{b}=\cos^2\left(\dfrac{\theta_1-\theta_2}{2}\right)

  

Citation :
(je ne comprends pas pourquoi l'intervalle est censé être ouvert en  0 ? )


Je suppose que ton énoncé spécifiait a\not=0 ?

Posté par
QuentinDelon1
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 12:31

C'est vrai, pas pensé à  celle là.

Ahah malin !

Merci beaucoup

Si je dois vous reposer des questions sur la suite du problème, je dois refaire un sujet  ou directement poser ici ?

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 12:32

Toujours dans le même topic (si c'est le même exercice)

Posté par
QuentinDelon1
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 12:52

On a montré que (Z+1/Z est un réel) (Z est un réel ou |Z|=1)

On a donc montré précédemment que si |z1|=|z2| alors a²/b est un réel et appartient  à l'intervalle ]0,1]

Ensuite il faut montrer que si a²/b est un réel, en posant Z=z1/z2,
Z+1/Z existe et est un réel.

Je vous partage mes pistes :

Z+1/Z existe car z10 et z20

On peut écrire Z+1/Z = 2cos(1-2) or étant donné  que a²/b d'après ce qu'on a trouvé Z+1/Z est un réel non ?

Et pour finir, conclure que si a²/b ]0;1] alors |z1|=|z2|:

Ici j'ai envie de dire que si a²/b ]0;1] et a²/b un réel alors Z+1/Z est un réel donc |Z| = 1 donc |z1|=|z2| d'après ce que j'ai annoncé tout en haut ?

Merci encore !

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 12:56

Et si tu continues ici, essaie de nous dire si la condition a\not =0 est spécifiée dans ton énoncé.

Une remarque : si a=0, les deux racines complexes de ton équation (z^2+b=0) sont opposées.

Autrement dit \theta_1=\theta_2+\pi\;\;[2\pi]

et \cos^2\left(\dfrac{\theta_1-\theta_2}{2}\right)=0

C'est seulement si a\not=0 que ton intervalle est ouvert en 0.

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 13:04

Tu peux exprimer Z+\dfrac{1}{Z}=\dfrac{z_1}{z^2}+\dfrac{z_2}{z_1}=\cdots en fonction de a et b

En principe, tu dois aboutir à :

   Z+\dfrac{1}{Z}=4\,\dfrac{a^2}{b}-2

La conclusion est immédiate.

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 13:07

Une erreur de frappe :

Citation :
Z+\dfrac{1}{Z}=\dfrac{z_1}{z_2}+\dfrac{z_2}{z_1}=\cdots en fonction de a et b

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 13:17

Autre solution :

  |Z|=\dfrac{|z_1|}{|z_2|}=1

donc \dfrac{1}{Z}=\bar{Z}

et Z+\dfrac{1}{Z}=Z+\bar{Z}=2\,\Re(Z) est bien un réel.

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 13:44

Tu peux oublier 13h17 :

J'ai commis une erreur de logique mais c'est un peu de ta faute :

Tu dois absolument recopier l'énoncé tel qu'on te l'a donné sans y changer quoique ce soit.
De ce que je comprends en lisant entre les lignes, il s'agit de démontrer une réciproque :

  Si \dfrac{a^2}{b}\in\mathbb{R}, alors |z_1|=|z_2|
 \\ ou \dfrac{z_1}{z_2}\in\mathbb{R}

Mais poste un énoncé exact et complet

Posté par
QuentinDelon1
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 14:51

Je le recopie tel que :

On a

1) Soit Z un nombre complexe non  nul  :  Prouver :
(Z+1/Z est un réel)  (Z est un réel ou |Z|=1)

4) On suppose |z1|=|z2|
Ecrire z1 et z2 sous forme exponentielle puis en déduire que a²/b est un réel et appartient  à l'intervalle ]0,1]
-> Celle qu'on a déjà traité

5) Montrer que si a²/b est un réel, en posant Z=z1/z2,
Z+1/Z existe et est un réel.

6) En conclure que si a²/b  ]0;1] alors |z1|=|z2|

Mot pour mot c'est l'énoncé, ce que j'avais déjà recopié pour le coup !

Posté par
QuentinDelon1
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 14:52

et oui a et b sont non nuls

Posté par
QuentinDelon1
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 14:54

Je reprécise de ce fait que z1 et z2 sont deux racines complexes éventuellement égales de (E) : z²-2az+b=0 fonction étudiée à la 2)
Ce que j'avais précisé au début du topic  

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 15:01

As-tu montré que Z+\dfrac{1}{Z}=\dfrac{4a^2}{b}-2 ?

Posté par
QuentinDelon1
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 15:02

oui c'est fait !

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 15:19

Bien.

Donc si \dfrac{a^2}{b}\in\mathbb{R}, alors Z=\dfrac{z_1}{z_2} est réel où  |Z|=1 c'est à dire |z_1|=|z_2|.

6) On suppose maintenant que \dfrac{a^2}{b} réel appartient à l'intervalle ]0,1]

On en déduit que Z+\dfrac{1}{Z} réel appartient à l'intervalle ]-2,2]

Si Z=\dfrac{z_1}{z_2} est réel, Z+\dfrac{1}{Z}=k+\dfrac{1}{k} avec k\in\mathbb{R}

  Or tu peux vérifier que k+\dfrac{1}{k}\leq -2 ou k+\dfrac{1}{k}\geq 2 (par exemple par une étude de fonction).
Seul le cas k=1 (qui signifie z_1=z_2) est litigieux.  Mais on a bien dans ce cas |z_1|=|z_2| (racine double pour l'équation).

Bref, on peut éliminer Z=\dfrac{z_1}{z_2} réel.
Il reste |z_1|=|z_2|

Posté par
QuentinDelon1
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 15:28

Ok je comprends jusque là !

Maintenant pourquoi k=1 est un cas litigieux, pourquoi pas k=-1 ?

Posté par
QuentinDelon1
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 15:31

car k+1/k < -2 est vrai si k ]-; 0[ et de même pour l'autre inégalité ?

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 15:35

k=1 est litigieux parce qu'alors Z+\dfrac{1}{Z}=k+\dfrac{1}{k}=2

Or 2 est bien une valeur appartenant à ]-2,2]  auquel doit appartenir Z+\dfrac{1}{Z}

k=-1 ne pose pas de problème : k+\dfrac{1}{k}=-2 qui n'appartient pas à l'intervalle ]-2,2]

Oui ?

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 15:37

Citation :
car k+1/k < -2 est vrai si k ]-; 0[ et de même pour l'autre inégalité ?


Prends la peine de faire une rapide étude de fonction :

  f\,:x\mapsto x+\dfrac{1}{x}

Le tableau de variation te dira tout.

Posté par
QuentinDelon1
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 15:41

Oui j'ai compris !

Donc Z+1/Z est réel si k = 1 et dans ce cas z1=z2 donc |z1|=|z2|, et on peut finalement éliminer Z réel  ?

Posté par
QuentinDelon1
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 15:42

C'est bien ce que j'ai fait haha bien pratique !

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 15:47

Mais oui !

En résumé, tu as prouvé l'équivalence suivante :

  Soit (E) l'équation z^2-2az+b=0 avec a et b complexes non nuls et z_1 et z_2 ses solutions.

   \boxed{\dfrac{a^2}{b} \text{ (réel) }\in ]0,1]\Longleftrightarrow |z_1|=|z_2|}

Posté par
QuentinDelon1
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 15:57

Merci beaucoup !!!

TOUT compris !

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 27-10-21 à 16:01

De rien QuentinDelon1 et enchanté de t'avoir rendu service !

Posté par
QuentinDelon1
re : Complexe, forme exponentielle 28-10-21 à 09:41

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 29-10-21 à 20:06

Bonsoir QuentinDelon1,

J'ai quelques regrets ; si tu repasses par ici, dans ce genre d'exercice, il est toujours formateur de voir ce qui se passe quand on s'éloigne des hypothèses de l'énoncé :

1) a=0 et b\not=0

  L'équation de départ devient z^2+b=0

   qui admet deux racines (éventuellement complexes) opposées et leurs arguments diffèrent de \pi modulo 2\pi

  En revenant à la question 1) on a \theta_2=\theta_1+\pi\;\;[2\pi] et comme de juste :

    \dfrac{a^2}{b}=\cos^2\left(\dfrac{\theta_1-\theta_2}{2}\right)=\cos^2\dfrac{\pi}{2}=0

2) a\not=0 et b=0

  L'équation se réduit à z(z-2a)=0  évidemment les solutions 0 et 2a n'ont pas même module mais \dfrac{a^2}{b} n'a plus aucune signification.

3) \dfrac{a^2}{b}=1 cas déjà envisagé. L'équation devient :

   z^2-2az+a^2=0 soit (z-a)^2=0 (La racine double a)

4) et 5) Questions insidieuses :

   Que se passe-t-il quant aux racines si \dfrac{a^2}{b} réel est :

   - strictement négatif.

   - strictement supérieur à 1

?

Posté par
QuentinDelon1
re : Complexe, forme exponentielle 30-10-21 à 10:30

Toujours là !!

Intéressant ! D'ailleurs si la suite de l'exercice vous intéresse, je peux vous faire part de mes recherches qui semblent abouties mais sûr de rien ! (Cette fois on suppose arg(z1)=arg(z2)[2pi] haha !!)

Si a²/b réel <0 alors
Si a<0, il peut autant y avoir des racines réelles ou complexes ?
Si b<0, il n'existe pas de racines complexes et  donc parler d'argument ne semble pas approprié

Si a²/b >1 alors  a²>b, 4a²>4b donc, il n'existe pas de racines complexes ici non plus ?

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 30-10-21 à 10:51

Vu l'équivalence prouvée précédemment, on sait maintenant que :

si \dfrac{a^2}{b} est réel supérieur strictement à 1 ou strictement négatif, alors \dfrac{z_1}{z_2} est réel.
  - dans le premier cas (le réel est positif), arg(z_1)=arg(z_2)\;\;[2\pi]
  - dans le second cas (le réel est négatif), arg(z_1)=arg(z_2)+\pi\;\;[2\pi]

Géométriquement, les points M_1(z_1),M_2(z_2) et O  origine du repère sont alignés.

Posté par
QuentinDelon1
re : Complexe, forme exponentielle 30-10-21 à 11:10

Je n'ai pas précisé, mais ce qu'on doit démontrer ici est ;

Si b/a² ]0;1]  réel alors arg(z1)=arg(z2) modulo 2


J'ai fait le même travail que précédemment en donnant un intervalle sur lequel Z+1/Z est réel. On remarque que Z est réel dans tous les cas.
Ainsi pour que Z soit réel il faut que z1 et z2 soient tous les 2 réels ou bien tous les 2 imaginaires purs.

Or ici peut-on encore affirmer que z1 et z2 ont mêmes modules ?
Et si oui peut on prouver qu'ils ont  même argument ?

Posté par
QuentinDelon1
re : Complexe, forme exponentielle 30-10-21 à 11:12

pourquoi peut on affirmer que z1/z2 est réel dans ces cas là ?

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 30-10-21 à 11:48

Citation :
Si b/a² ]0;1]  réel alors arg(z1)=arg(z2) modulo 2


Tu t'es trompé je suppose :

C'est si \dfrac{a^2}{b}\text{  réel} est supérieur à 1, alors ...

Dans ce cas, Z+\dfrac{1}{Z}=\dfrac{4a^2}{b}-2 est un réel supérieur à 2

  On sait que |Z|=\dfrac{|z_1|}{|z_2|}\not=1 c'est à dire |z_1|\not=|z_2| (voir l'équivalence écrite à 15h47)
  Donc Z est réel.  Souviens-toi de ceci :

    
Citation :
On a montré que (Z+1/Z est un réel) (Z est un réel ou |Z|=1)


De plus si Z+\dfrac{1}{Z}\geq 2, l'étude de la fonction réelle x\mapsto x+\dfrac{1}{x} que tu as déjà faite montre que Z réel est positif strictement.

Bref, il existe un réel k>0 tel que z_1=k\,z_2

   et Arg(z_1)=Arg(z_2)\;\;[2\pi]

Posté par
lake
re : Complexe, forme exponentielle 30-10-21 à 14:15

Une appliquette GeoGebra pour illustrer :

  

Posté par
carpediem
re : Complexe, forme exponentielle 30-10-21 à 14:40

salut

j'ai suivi de loin ...

Citation :
https://www.ilemaths.net/sujet-nombre-complexe-module-et-equation-593181.html


Posté par
carpediem
re : Complexe, forme exponentielle 30-10-21 à 14:43

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