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Niveau terminale
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Exercice trigonométrie

Posté par
nat2108
20-04-21 à 22:13

Bonjour, je bloque dès la première question (la trigo c'est pas mon truc) j'ai du mal à comprendre ce que me demande la question.

Enoncé : On considère l'équation d'inconnue x réelle suivante : (E) : cos(x) = x.

Q1) Démontrer que (E) n'admet aucune solution sur ]-;0[U]1;+[.

Q2) On pose pour tout réel x [smb]appartient[ [0;1], f(x) = cos(x) - x

a) Déterminer les variations de f sur [0;1]
b) En déduire le nombre de solution de (E)
c) Ecrire un programme (python ou non) qui permet d'obtenir un encadrement à 10^(-3) près des solutions de (E).

Posté par
LeHibou
re : Exercice trigonométrie 20-04-21 à 22:48

Bonsoir,

Ce n'est pas de la trigo, c'est de l'analyse.
Q1 est pourtant simple, "Démontrer que (E) n'admet aucune solution..." la compréhension me parait à la portée de la Terminale.
Mon conseil :  démontre-le séparément pour les intervalles ]- ; 0[ et ]1 ; +[
Et pour l'intervalle ]- ; 0[, tu peux traiter séparément les cas ]- ; -1[ et [-1 ; 0[
Pour t'aider je te joins un tracé graphique.

Exercice trigonométrie

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 20-04-21 à 23:06

Bonjour merci de votre réponse. Pour démontrer il faut dériver cos(x) ou il faut juste démontrer à partir du graphique ?

Posté par
LeHibou
re : Exercice trigonométrie 20-04-21 à 23:11

Personne ne parle de dérivation, au moins pas pour Q1.
Connais-tu un encadrement de cos(x) ? Si oui, que peux-tu en déduire ?

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 20-04-21 à 23:14

La fonction cosinus est bornée entre -1 et 1

Posté par
LeHibou
re : Exercice trigonométrie 20-04-21 à 23:18

Très bien. Qu'en déduis-tu pour les intervalles ]- ; -1[ et ]1 ; +[ ?

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 20-04-21 à 23:19

Ah donc on cherche l'ensemble de définition d'abord ? I = [-1;1] à cause de la fonction cos

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 20-04-21 à 23:24

J'avais mal compris la question, je pensais que dire qu'il n'y avait aucune solution sur c'était x ]-;0[U]1;+[. Alors que ce sont les images

Posté par
LeHibou
re : Exercice trigonométrie 20-04-21 à 23:28

Houlala... x et cos(x) sont définis sur tout , donc l'esnsemble de définition est .

Ne perds pas de vue le problème, on cherche les solutions de cos(x) = x.

Puisque cos(x) est borné entre -1 et 1, pour x < -1 et pour x > 1, il ne peut pas y avoir de solution.
Est-ce que ça c'est clair pour toi ?

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 20-04-21 à 23:35

Non pas vraiment...

Posté par
LeHibou
re : Exercice trigonométrie 20-04-21 à 23:42

Réfléchis...
Puisque cos(x) est 1, il ne peut pas être égal à x quand x est > 1
Même genre de raisonnement du côté de -1.
C'est plus clair comme ça ?

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 20-04-21 à 23:43

Ah ok, si on prend x=2, comme cos(x) oscille entre -1 et 1 c'est impossible qu'il y ait une intersection et donc solution ?

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 20-04-21 à 23:49

J'ai mis dans un tableau, les variations de f(x) = x et cos(x).

On remarque que de sur [-1;0] f(x) est croissante en allant de -1 à 0 et que cos(x) aussi en passant de 0.54 (environ) à 1 (son maximum) donc après sur [0;1], f(x) est croissante en passant de 0 à 1 et cos(x) est décroissante en passant de 1 à 0.54.
On peut donc dire qu'il y aura forcément un point d'intersection sur l"intervalle [0;1], car les fonctions f(x) et cos(x) sont strictement continues sur .

Est-ce juste ou il faut avoir une autre méthode ?

Posté par
LeHibou
re : Exercice trigonométrie 20-04-21 à 23:51

Voilà, c'est ça
Pareil pour x - -2
Donc ça règle la question pour les intervalles ]- ; -1[ et ]1 ; +[
Pour être complet, il reste à traiter l'intervalle [-1 ; 0[.
Sur cet intervalle, que remarques-tu en t'aidant du dessin ?

Posté par
LeHibou
re : Exercice trigonométrie 20-04-21 à 23:55

Commence par terminer Q1 en répondant à mon message de 23h51.

Ensuite :

Citation :
J'ai mis dans un tableau, les variations de f(x) = x et cos(x).

On remarque que de sur [-1;0] f(x) est croissante en allant de -1 à 0 et que cos(x) aussi en passant de 0.54 (environ) à 1 (son maximum) donc après sur [0;1], f(x) est croissante en passant de 0 à 1 et cos(x) est décroissante en passant de 1 à 0.54.
On peut donc dire qu'il y aura forcément un point d'intersection sur l"intervalle [0;1], car les fonctions f(x) et cos(x) sont strictement continues sur .

Ça donne une idée de ce qui se passe, mais ça n'est pas une démonstration.
Pour avoir une démonstration il faudra faire appel au TVI.
Connais-tu ce théorème ?

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 20-04-21 à 23:56

Oui je l'ai déjà vu mais m'en rappelle plus...

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 21-04-21 à 00:01

J'ai dit qu'il existait un réel tel que 01 sur les x et que cos(1)f()1 car la fonction cosinus est strictement continue sur R et donc sur [-1;1].

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 21-04-21 à 00:02

Réel alpha appartenant à [0;1]

Posté par
LeHibou
re : Exercice trigonométrie 21-04-21 à 00:03

Désolé mais ça ne me fait pas rire. L'exercice, moi je sais le faire, et ça ne m'apporte rien. Je le fais avec toi pour essayer de t'aider, mais tu ne lis pas mes posts, ou à moitié.
Fais déjà ce que je t'ai dit de faire, ensuite revois ton cours sur le TVI, et on en reparlera plus tard. C'est terminé pour ce soir.

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 21-04-21 à 00:05

LeHibou @ 21-04-2021 à 00:03

Désolé mais ça ne me fait pas rire. L'exercice, moi je sais le faire, et ça ne m'apporte rien. Je le fais avec toi pour essayer de t'aider, mais tu ne lis pas mes posts, ou à moitié.
Fais déjà ce que je t'ai dit de faire, ensuite revois ton cours sur le TVI, et on en reparlera plus tard. C'est terminé pour ce soir.


Désolé, mon attention était de ne pas vous blessez ! Il est tard je vais dormir aussi. Bonne nuit !

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 21-04-21 à 00:07

SUR [-1;0], les fonctions x et cos(x) sont toutes deux strictement continues donc, il ne pourront pas se croiser.

Posté par
LeHibou
re : Exercice trigonométrie 21-04-21 à 08:24

Citation :
SUR [-1;0], les fonctions x et cos(x) sont toutes deux strictement continues donc, il ne pourront pas se croiser.

1) "strictement continue", ça ne veut rien dire.
2) le fait que des fonctions soient continues ne les empêche pas de se "croiser", pense à cos(x) et sin(x) qui se croisent une infinité de fois sur

Regarde plutôt la figure, tu "vois" que sur [-1 ; 0[ on a cos(x) > 0 et x < 0, donc effectivement elles ne peuvent pas se croiser.
Il reste à le démontrer :
- pour x < 0, c'est évident
- pour cos(x) > 0, tu peux te référer aux variations de cos(x) sur (- ; ) que tu dois connaître

Quand tu auras fini cela, tu pourras t'attaquer à Q2 en suivant les instructions qui te sont données :
Introduire f(x) = cos(x) - x
a) Déterminer les variations de f sur [0;1]
      Là tu auras besoin de calculer la dérivée f'
b) En déduire le nombre de solutions de (E)
      Là tu auras besoin du TVI

Je ne suis pas disponible avant cette nuit, si je postes quelque chose je le regarderai à ce moment-là, mais peut-être que quelqu'un d'autre aura pris le relai d'ici là.

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 21-04-21 à 13:11

Bonjour, alors j'ai fait :

Pour la question 1 : On remarque que sur la calculatrice, leurs courbes ne se croisent pas. D'une part quand x0, cos(x)0 (x = -0.2, cos(-0.2) = 0.98). De plus sur [0;1], quand x0, cos(x)1 et à x=1 ; cos(1) = 0.54 (arrondi à 10^(-2)). Donc il existe une seule solution pour l'équation (E) : cos(x) = x sur [0;1] et zéro sur [-1;0].

Q2)
a) La fonction dérivée de f(x) = cos(x) - x est f'(x) = -sin(x)-1.
La fonction -sin(x) est la fonction sin(x) opposé donc tout est renversée (sur la courbe).
De plus quand, x=0  f'(0) = -sin(0)-1 = -1 & f'(1) = -sin(1) - 1 = -1,84.
On remarque sur la fonction f'(x) est négative sur [0;1] donc les variations de f(x), sont telles que f(x) est strictement décroissante sur [0;1].
f(0) = 1 & f(1) = -0.46.

b) Il existe un réel qui est solution de (E), d'après le TVI et le tableau de variations de f. Etant donnée que la fonction passe de f(0) = 1 à f(1) = -0.46, la fonction f(x) passe forcément entre 0.54 et 1 (où se trouve la solution).
D'une part la fonction f(x) est strictement décroissante et continue sur R et donc sur [0;1]. Donc x associe chaque réel à une UNIQUE image pour chaque x différent.

Soit : 01  <==> f(0)f()f(1).
<==> 1f()-0.46.

Si quelqu'un pourrait vérifier mes résultats merci !

Posté par
LeHibou
re : Exercice trigonométrie 22-04-21 à 08:52

Tu as a peu près compris l'idée mais c'est très mal rédigé.
Voici le schéma d'une rédaction correcte :

D'après Q1, s'il y a des solutions, elles sont nécessairement dans  I = [0 ; 1]
On remarque que I = [0 ; 1] [0 ; /2]
f(0) = 1 est > 0
f(1) = cos(1)-1 est < 0      (on le montre avec la remarque sur I)
f'(x) = -sin(x)-1 est < 0 sur I (on le montre avec la remarque sur I)
Donc f est monotone strictement décroissante sur I
Le TVI s'applique et l'équation f(x) = 0 a une solution unique sur ]0 ; 1[

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 22-04-21 à 10:17

A part refaire la rédaction, est-ce juste dans l'ensemble ? Me reste la question c à faire.

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 22-04-21 à 10:19

Pour la question 2c), il faut écrire en Python et non pas un programme calculatrice, le problème c'est que j'ai dû faire 3 fois Python donc je ne m'en rappelle pas.

Posté par
LeHibou
re : Exercice trigonométrie 22-04-21 à 10:29

Citation :
A part refaire la rédaction, est-ce juste dans l'ensemble ?

Tu n'avais pat terminé la rédaction de Q1, il te reste à montrer qu'il n'y a pas de solution sur [-1 ; 0[. Voir mon post du 20/04 à 23h51.

Pour la 2c), tu peux utiliser un algorithme de recherche de racine par dichotomie.
Tu peux t'inspirer de ce lien :

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 22-04-21 à 10:33

Sur le dessin on voit que cos(x) > 0 et que x < 0, après je ne sais pas,  à part que par croissance comparée cos(x) grandit moins vite que x

Posté par
LeHibou
re : Exercice trigonométrie 22-04-21 à 10:43

Citation :
Sur le dessin on voit que cos(x) > 0 et que x < 0

C'est exactement ce qu'il fallait voir, ça suffit pour affirmer qu'on ne peut pas avoir cos(x) = x
Encore faut-il démontrer que pour x [-1 ; 0[ on a bien cos(x) > 0
Tu peux le montrer en remarquant que [-1 ; 0[ ]-.2 ; 0[, et que sur ]-/2 ; 0[ on a bien cos(x) > 0

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 22-04-21 à 10:48

LeHibou @ 22-04-2021 à 10:43

Citation :
Sur le dessin on voit que cos(x) > 0 et que x < 0

C'est exactement ce qu'il fallait voir, ça suffit pour affirmer qu'on ne peut pas avoir cos(x) = x
Encore faut-il démontrer que pour x [-1 ; 0[ on a bien cos(x) > 0
Tu peux le montrer en remarquant que [-1 ; 0[ ]-.2 ; 0[, et que sur ]-/2 ; 0[ on a bien cos(x) > 0


-2 et 0 c'est la même chose ? Et je n'arrive pas à voir ces solutions

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 22-04-21 à 11:10

[-1;0[ inclus dans ]-/2;0[ c'est le quart du cercle situé au SUD EST ? Alors que [-1;0] c'est tout à gauche du cercle

Posté par
LeHibou
re : Exercice trigonométrie 22-04-21 à 13:15

]-/2 ; 0[ c'est effectivement le quart en bas à droite, ou sud-est sit tu veux.
Et on a -/2 < -1 < 0 donc [-1 ; 0[ est bien inclus dans ]-/2 ; 0[
Poour t'en persuader, tu peux tracer une droite graduée et reporter -/2 -1,57, -1 et 0

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 22-04-21 à 19:10

J'ai fait la question c et avec le programme de dichotomie avec la vidéo d'Yvan Monka, j'ai pu l'avoir sur la calculatrice, et je trouve comme résultat : a = 0,738 et b = 0,739 où
ab où f() = 0 et f(x) = cos(x)-x. De plus l'équation (E) : cos(x) = x a pour solution.
Par contre je l'ai fait sur TI83 mais en python je ne sais pas.

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 23-04-21 à 09:31

????

Posté par
LeHibou
re : Exercice trigonométrie 23-04-21 à 09:42

Citation :
????

Ça veut dire quoi, ça ????

Je te rappelle que les gens qui t'aident ici sont des bénévoles, on n'est pas aux ordres des demandeurs, on intervient quand on a le temps et on a pas toujours le temps.

Maintenant, concernant ton dernier post, tu as toujours un problème de rédaction, je pense que tu ne te relis pas sinon tu corrigerais de toi-même.

Enfin concernant Python, je t'avais envoyé un lien vers un site qui traitait le problème, tu ne l'as peut-être pas consulté.

Et par ailleurs, l'énoncé précisait "Python ou non", donc si tu l'as programmé en TI-Basic ou en Casio-Basic ou en HP-Basic selon ce qe tu as comme calculatrice, c'est également acceptable.

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 23-04-21 à 10:09

Bonjour, je viens de consulter votre site seulement ce matin et je n'avais pas vu le message, je crois qu'on ne peut pas supprimé des messages sur le forum.
J'ai changé donc et comme programme python j'ai :

Def ResoudreEquationFonctionDecroissanteDichotomie
         debut = a
         fin = b
         #calcul de la longueur de [a,b]
         ecart = b-a
         while ecart>e :
                       #calcul du milieu
                       x = (début+fin)/2
                       y = cos(x)-x
                       if y < k
                            #la solution est supérieure à y
                             fin = y
                       else :
                             #la solution est inférieure à y
                             debut = y
                       ecart = fin - debut
           return a,b

Oui je le sais vous me l'aviez déjà dit c'est pour cela que j'ai mis les points d'interrogations, je ne pense pas être irrespectueux envers des gens qui m'aident gratuitement, au contraire. Merci pour votre aide et votre bienveillance pour m'avoir aidé dans cet exercice !

Posté par
LeHibou
re : Exercice trigonométrie 23-04-21 à 11:01

Ton programme n'est pas bon :

Citation :
if y < k

Ce k n'est pas défini avant, donc le programme va planter à ce moment-là.
Je te rappelle le principe de la dichotomie :
debut =...
fin =...
tant que |fin-debut|>precision:
      x = (debut+fin)/2
      si f(debut)*f(x) < 0:
           fin = x
     sinon:
          debut=x

A toi de transposer cela en Python ou dans tout autre langage à ta convenance !

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 23-04-21 à 11:22

Si je définis le k juste avant le programme marchera ? Si après "fin = b" je mets
"precision = k" ça marche ?

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 23-04-21 à 11:25

Non ce n'est pas k mais "e". Dans le programme sur le site que vous m'avez donné c'est marqué k mais c'est e parce que si l'image de la fonction est plus petite ou plus grande que la précision alors il faut soit décaler la borne restante de la fonction vers la gauche ou droite. Donc k ne sert à rien ici, si j'ai bien compris mais c'est "e" qu'il faut que je mette ?

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 23-04-21 à 11:25

Non l'inverse, je remplace "e" par "k" ?

Posté par
LeHibou
re : Exercice trigonométrie 23-04-21 à 21:44

Dans l'exercice du lien , on veut résoudre f(x) = k. Toi tu veux résoudre f(x) = 0. Donc replace k =par 0 et ça ira mieux. D'autre part, dans ton cas, a = 0 et b = 1. Finalement ça donne quelque chose comme ça, en appelant e la précision acceptable :

debut = 0
fin = 1
#calcul de la longueur de [a,b]
ecart = fin-debut
while ecart>e :
         #calcul du milieu
          x = (debut+fin)/2
          y = cos(x)-x
                       if y < 0:
                            #la solution est inférieure à x
                             fin = x
                       else :
                             #la solution est supérieure à x
                             debut = x
                       ecart = fin - debut

Posté par
nat2108
re : Exercice trigonométrie 24-04-21 à 09:57

D'accord merci ! Donc on a : a = 0 ; b = 1 et k = 10^(-3) de par l'exercice.
Merci pour votre aide l'exercice est fini !!

Posté par
LeHibou
re : Exercice trigonométrie 24-04-21 à 23:39

Citation :
l'exercice est fini !!

Il sera fini quand tu auras tout bien rédigé



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