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Niveau Maths sup
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Nombres complexes2

Posté par
Kekeee
26-10-21 à 13:44

Bonjour, encore moi!
Toujours pareil, je m'attaque à des exercices un peu astucieux que j'aimerai mener à bien. Voici l'énoncé:

On pose =Arccos(1/3)

1. Montrer que pour tout n , il existe (an,bn)2 tel que:
(1+2i2)n=an+ibn2 et an-bn0[3]

2. Calculer ei

3. En déduire que (1/) est irrationnel. (Procéder par l'absurde).

Pour la question 1.
J'ai pas essayé de mettre (1+2i2)n sous forme trigonométrique mais je n'aboutis à rien.. vraiment je ne vois pas comment commencer cet exo.
Merci pour votre aide.

Posté par
lake
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 13:50

Bonjour,

Pour 1), je pense que la récurrence est toute indiquée.

Posté par
Kekeee
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 14:05

Rebonjour lake,
En montrant qu'elle est aussi vraie pour n+1?

Posté par
lake
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 14:11

Il faut d'abord initialiser : montrer qu'elle est vraie au rang 0

Puis l'hérédité où on suppose qu'elle est vraie pour un certain rang n entier naturel fixé et où on démontre alors qu'elle est vraie au rang n+1

  Ne pas oublier cette histoire de a_n-b_n\not= 0\,\,[3] qui est cruciale pour la suite.

Posté par
Kekeee
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 14:34

D'accord j'essaie au plus vite et je vous dis ce que j'obtiens.

Posté par
lake
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 14:39

Je te précise juste la propriété P_n à démontrer par récurrence :

Il existe (a_n,b_n)\in\mathbb{Z}^2 tels que (1+2i\sqrt{2})^n=a_n+ib_n\sqrt{2} avec a_n-b_n\not=0\;\;[3]

Posté par
lake
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 14:45

Une curiosité \LaTeX :
A moins que je ne me trompe, la commande \notequiv renvoyait ceci (en plus joli)  \cancel{\equiv} et ne semble plus fonctionner

Posté par
Kekeee
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 15:21

Oui j'ai essayé de d'écrire la commande « non congru » mais je ne l'ai pas trouvé

Posté par
Kekeee
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 15:31

Donc je n'ai pas pu le poser sur le papier mais je vais essayer de le faire ici:

Initialisation: pour n=0

(1+2i2)0=1
Et 1=1+i02

1-0=10[3]

Donc il existe (a0,b0)=(1,0) 2 tq:
(1+2i2)0=a0+ib02 avec a0-b00[3]

Posté par
carpediem
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 15:32

salut

\not \equiv

Posté par
lake
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 15:33

L'initialisation est faite.
Reste l'hérédité.

Posté par
lake
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 15:34

Mince! Merci carpediem !

Posté par
Kekeee
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 15:48

Hérédité:

Supposons P_n vraie (j'appelle P_n la proposition que vous avez énoncée)
Montrons que Pn+1 reste vraie.

(1+2i2)n+1=(an+ibn2)(1+2i2)

(1+2i2)n+1= an+ibn2+an2i2-bn22

(1+2i2)n+1=(an-bn22)+i(bn+an22)

Et en posant (je ne sais pas si j'ai le droit de le faire):
an+1=an-bn22

bn+1=bn+an22

On obtient l'égalité au rang n+1, d'où l'hérédité.

Donc on a bien montré l'égalité par récurrence.

Posté par
lake
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 16:00

Tuas commis des erreurs. (la méthode est bonne). Tu dois obtenir au final :

  (1+2i\sqrt{2})^{n+1}=a_n-4b_n+i(2a_n+b_n)\sqrt{2}

Tu dois ici reprendre tes calculs.

Et donc nous avons :

  \begin{cases}a_{n+1}=a_n-4b_n\\b_{n+1}=2a_n+b_n\end{cases}

Avec l'hypothèse de récurrence où a_n et b_n sont des entiers relatifs, il est quasiment "évident" (que je n'aime pas ce mot!) que a_{n+1} et b_{n+1} le sont aussi.

  Sachant que a_n-b_n\not\equiv 0\;\;[3] (merci carpediem), il reste à vérifier que a_{n+1}-b_{n+1}\not\equiv 0\;\;[3]

Posté par
Kekeee
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 16:05

Oui je vais pouvoir le poser sur le papier maintenant (je ne pouvais pas il y a quelques minutes) et ça sera sûrement plus lisible.
Je le refais directement et je vous dis

Posté par
Kekeee
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 16:27

En posant sur le papier j'ai effectivement:
a_{n+1}=a_n-4b_n
b_{n+1}=2a_n+b_n

Ensuite montrer que:
a_{n+1}-b_{n+1}0[3]
Revient à montrer que:

-a_n-5b_n0[3]

Posté par
lake
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 16:33

Oui mais -5\equiv 1\;\;[3] donc :

  -a_n-5b_n\equiv -an+b_n\;\;[3]

et a_n-b_n\not\equiv 0\;\;[3]\Longrightarrow -(a_n-b_n)=-a_n+b_n\not\equiv 0\;\;[3]

2) est facile si on sait qu'un arccosinus est compris entre 0 et \pi donc que son sinus est positif.

Posté par
Kekeee
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 16:46

Pour la 2 je trouve;

ei=1/3+i(22)/3

Posté par
lake
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 16:47

Parfait.
La 3) maintenant

Posté par
lake
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 16:48

... il faut que tu cherches un peu : prends ton temps !

Posté par
Kekeee
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 17:05

La 3 par l'absurde on suppose que (1/) est rationnel i.e qu'il existe (a,b)*tel que:

(1/)=a/b

Ensuite, on peut dire que:

i=i(a/b)

Donc:

ei=ei(a/b)

Ainsi, en utilisant la question 2:

1/3+i(22/3)=(-1)a/b

Ce qui est absurde car -1 puissance n'importe quoi n'est pas complexe?

Donc (1/) est irrationnel…

Ça me semble bizarre car je n'ai pas utilisé la question 1 alors que l'expression de ei sous forme algébrique donne envie d'utiliser la question 1…

Posté par
Kekeee
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 17:07

Enfin -1 est complexe mais surtout 1/3+i(22/3) est complexe non réel

Posté par
lake
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 17:13

Tu as bien commencé :

On suppose donc qu'il existe a entier naturel et b entier naturel non nul tel que \dfrac{\alpha}{\pi}=\dfrac{a}{b}

  donc que b\alpha=a\pi

Les complexes e^{ib\alpha} et e^{ia\pi} sont donc égaux.

Essaie de les évaluer chacun de leur côté.

Posté par
lake
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 17:22

Euh... il va y avoir conflit de notations. Au lieu de a,b, il vaut mieux prendre p,q

Posté par
Kekeee
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 17:30

Lorsque je les évalue, j'obtiens bien que:

eib=(1/3+i22/3)b

et; eia=(-1)a

Posté par
lake
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 17:40

Comme je te le disais plus haut, il vaut mieux changer de notations avec p,q au lieu de a,b :

  e^{iq\alpha}=\left(\dfrac{1+2i\sqrt{2}}{3}\right)^q=\dfrac{(1+2i\sqrt{2})^q}{3^q}

et avec la question 1) :

  e^{iq\alpha}=\dfrac{a_q}{3^q}+i\,\dfrac{b_q\sqrt{2}}{3^q}

D'autre part :

   e^{ip\pi}=\pm1 (suivant la parité de p)

Ces deux complexes étant égaux, on égale leurs parties réelles et leurs parties imaginaires.

On en déduit a_q et b_q

  et on essaie de trouver une incohérence ...

Posté par
Kekeee
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 17:42

Donc;
eiq=(1/3)q(1+2i2)b et on pourrait peut être utiliser la question 1 mais elle s'applique que pour une puissance entière naturelle, et même si on pouvait, que mettre à la place des an et bn…?

Posté par
lake
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 17:43

Regarde ce que j'ai écrit au dessus.

Posté par
Kekeee
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 17:43

Pas claire mon message:
Je voulais dire:
eiq=(1/3)q(1+i22/3)q

Posté par
Kekeee
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 17:43

Ok je regarde

Posté par
carpediem
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 17:52

lake @ 26-10-2021 à 16:00

Avec l'hypothèse de récurrence où a_n et b_n sont des entiers relatifs, il est quasiment "évident" (que je n'aime pas ce mot!) que a_{n+1} et b_{n+1} le sont aussi.
on peut alors simplement dire :

la somme/différence et le produit d'entiers sont des entiers ...

et en termes plus pédant : l'addition et la multiplication sont des lois internes dans Z

et encore plus plus pédant (pour les combinaisons linéaires) : Z est un ... Z-module !!  

Posté par
Kekeee
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 17:54

Il y a plusieurs absurdités;

En identifiant partie réelle et partie imaginaire on obtient que:

aq=3q

(Ici si q<0 aq n'est plus un entier relatif)

Et surtout,

bq=0 ce qui est absurde car on a supposé b non nul…

Je pense que ce n'est pas bien rédigé..

Posté par
Kekeee
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 17:56

carpediem bonjour, vous pensez que je devrais appuyer sur cette justification?

Posté par
lake
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 17:58

Comme "absurdité", il y a mieux :

  a_q-b_q=\pm3^q{\red \equiv 0\;\;[3]}

J'avais parlé de point crucial dans la récurrence du 1)

Posté par
Kekeee
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 18:01

J'y ai pensé après coup! Aïe aïe aïe, j'aurais du m'en rappeler, vous aviez pourtant bien insisté.

Posté par
lake
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 18:02

Posté par
Kekeee
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 18:04

Donc directement après l'absurdité je peux conclure en disant que / est irrationnel?

Posté par
lake
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 18:06

Bien sur : notre hypothèse \dfrac{\alpha}{\pi} rationnel conduit à une absurdité ; c'est que l'hypothèse en question est fausse.

Posté par
Kekeee
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 18:11

En fait, je me disais que c'est nous qui avons à un moment décidé de dire qu'il existait, aq et bq tels que

eiq=aq/3q+ibq2/3q
car la question 1 semblait s'y prêter, vous voyez? Je veux dire, si à ce moment là nous ne l'avions pas fait, serait on aussi arrivé à une absurdité?

Posté par
lake
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 18:13

Je pense que sans cette question 1), c'était cuit pour trouver une contradiction à un niveau élémentaire.

Posté par
Kekeee
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 18:19

D'accord, je vois.

J'ai encore un exercice «original », que je vais poster. Il porte cette fois-ci sur les suites, les fonctions usuelles, les sommes et les limites..
toujours pareil, c'était un vrai plaisir de vous avoir à mes côtés, et donc voilà, si jamais, ça pourrait encore l'être pour cet exo!

Posté par
lake
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 18:23

La question 1) était d'ailleurs là pour la 3)!
De rien Kekeee
Mais maintenant je dois faire une pause. Si tu postes maintenant, il est probable que quelqu'un interviendra et que tu n'y perdras pas au change.

Posté par
Kekeee
re : Nombres complexes2 26-10-21 à 18:37

C'est vrai, la congruence n'est pas là par hasard..

Oui je pense qu'une petite pause ne serait pas de refus aussi.
Merci encore. Bonne soirée à vous lake!!



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