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Niveau maths spé
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Un exo complexe...

Posté par
jito
28-06-09 à 19:26

Bonjour
dans le cadre de mes révisions je suis tombé sur un exo que je n'arrive absolument pas à faire.
voici l'énoncé:

1) Résoudre dans C z^5=1
2) Mq si z différent de 1, l'équation à résoudre est z^4+z^3+z^2+z+1=0
3) En déduire que cos(2PI/5) est solution de 4x²+2*x-1=0
4) Calcul de cos(2Pi/5), cos(4Pi/5), sin(2Pi/5) et sin(4Pi//5)
5) Calcul de Sn=1+cos(2Pi/5)+cos(4Pi/5)+...+cos(nPi/5) suivant les valeurs de n
6) Rayon de convergence de somme des Sn*z^n

Pour la question 1) il s'agit des racines 5ème de l'unité... donc pas de souci... mais pour la suite...bof... la question 2) j'ai pensé à remplacer z par x+iy... mais je suppose qu'il y a sans doute plus simple...et pour la suite je suis un peu perdu...

J'espère que vous pourrez m'aider.
Merci d'avance pour votre aide^^

Posté par
gui_tou
re : Un exo complexe... 28-06-09 à 19:42

salut

pour la 2) pense à la somme des termes d'une suite géométrique

Posté par
jito
re : Un exo complexe... 28-06-09 à 19:55

j'avoue ne pas y avoir pensé... le z différent de 1 aurait du pourtant attirer mon attention...

donc si z1

z^4+z^3+z^2+z+1=(1-z5)/(1-z)

d'où la réponse à la question 2) ^^

Beaucoup plus rapide que ma méthode et surtout beaucoup plus rapide (et donc moins de risque de se tromper...)!

Posté par
jito
re : Un exo complexe... 28-06-09 à 19:59

Lorsque l'on résout 4x²+2*x-1=0 on trouve x1=(-1+5)/4 et x2=(-1-5)/4... mais je ne vois pas trop comment répondre à la question 3)...

Posté par
gui_tou
re : Un exo complexe... 28-06-09 à 20:21

Donc les racines 5è de l'unité dont 3$\omega_k=\exp\(i{4$\fr{k\pi}{5}}\),\;k\in\mathbb{[}0,4\mathbb{]

En particulier, pour 3$k=2, on a 3$1+\omega_2+\omega_2^2+\omega_2^3+\omega_2^4=0 (d'après 2).

Maintenant, regarde que vaut 3$\omega_2^i pour i=2..4, et ce serait cool de faire apparaître un cos via les formules d'Euler

Posté par
jito
re : Un exo complexe... 29-06-09 à 11:02

On a:
2=exp(i2/5)

22=exp(i4/5)

23=exp(i6/5)

24=exp(i8/5)


Formule d'Euler
eix=cosx + isinx

1+cos(2/5)+cos(4/5)+cos(6/5)+cos(8/5)+ i (sin(2/5)+sin(4/5)+sin(6/5)+ sin(8/5) ) =0

je ne vois pas comment en déduire que cos(2PI/5) est solution de 4x²+2*x-1=0

Posté par
gui_tou
re : Un exo complexe... 29-06-09 à 11:08

Ok, et maintenant fais un cercle trigo et écris tout en fonction de cos(Pi/5) et cos(2*Pi/5) (et sin(Pi/5) et sin(2*Pi/5))

Posté par
jito
re : Un exo complexe... 29-06-09 à 11:35

cos(/5)
cos(2/5)
cos(4/5)= -cos(/5)
cos(6/5)= -cos(/5)
cos(8/5)=  cos(2/5)

sin(/5)
sin(2/5)
sin(4/5)=sin(/5)
sin(6/5)=-sin(/5)
sin(8/5)=-sin(2/5)

Si j'ai bien tourné on trouve ça...

D'ou
1+cos(2/5)+cos(4/5)+cos(6/5)+cos(8/5)+0
=1+2*cos(2/5)-2*cos(/5)=0

Nous nous rapprochons du but... peut être faut il exprimer à l'aide du formule trigonométrique cos(/5) en fonction de cos(2/5)...?

Posté par
gui_tou
re : Un exo complexe... 29-06-09 à 11:38

Je pense aussi que c'est une très bonne idée (genre cos(2x)=..)

Posté par
jito
re : Un exo complexe... 29-06-09 à 11:57

cos(2x)=2*cos2(x)-1

D'ou en reportant dans ce qui précède on a:

1+2*cos(2/5)-2*cos(/5)=1+2*2*cos2(x)-2-2*cos(/5)=4*cos2(x)-2*cos(/5)-1=0

Donc cos(/5) est solution de l'équation 4x2-2x-1=0

(je suppose que quelques coquilles se sont donc glissé dans l'énoncé (signe - et solution de l'équation)...ou que je me suis trompé quelque part... qu'importe l'essentielle c'est que j'ai compris comment il fallait procéder.. et surtout qu'il ne fallait pas se fier au verbe "déduire" ^^)

Posté par
gui_tou
re : Un exo complexe... 29-06-09 à 12:02

Oui toutafé il y avait une coquille dans l'énoncé

L'équation permet de trouver la valeur exacte de cos(Pi/5).
Après on retrouve les valeurs demandées avec des formules de trigo.

Posté par
jito
re : Un exo complexe... 29-06-09 à 12:21

Pour la question 5) je trouve que la question est peut claire... car au début on va de 2 en 2 et le terme géneral de Sn est cos(n/5)...

Enfin hormis ce petit détail je dirais que selon les valeurs de n on a:

Sn=1
Sn=1+cos(2/5)
Sn=1+cos(2/5)+cos(4/5)
Sn=1+cos(2/5)+cos(4/5)+cos(6/5)
Sn=0


Par contre pour le rayon de convergence je suis un peu embêté car les Sn s'annule et donc le critère de d'Alembert tombe à l'eau...

Posté par
gui_tou
re : Un exo complexe... 29-06-09 à 12:49

Je pense aussi qu'il s'agit de 3$S_n=\Bigsum_{k=0}^n\cos\({4$\fr{2k\pi}{5}}\)

A priori je dirais :

cos = partie réelle de exp(I..
puis formule de la somme des termes d'une suite géométrique

Mais il doit y avoir des simplifications ..

6) En fait on connaît Sn en fonction de n (la suite des Sn est 10-périodique), et du coup on en déduit que R=1.

Posté par
jito
re : Un exo complexe... 29-06-09 à 13:04

J'aurais dis 5-périodique... mais je ne vois pas trop le rapport entre la périodicité et le rayon  de convergence...?

Posté par
gui_tou
re : Un exo complexe... 29-06-09 à 13:07

Maple dit 10-périodique Attends je prends un stylo donc.

Ce que j'aurais dit :

Les rayons de convergence des séries entières de termes généraux 3$a_{10n},a_{10n+1},...,a_{10n+9} sont tous égaux à 1, donc celui de la série des S_n x^n aussi. Enfin je pense.

Posté par
gui_tou
re : Un exo complexe... 29-06-09 à 13:10

Attends jsuis un noob, j'ai dit à Maple de calculer la somme des cos(kPi/5) au lieu de cos(2kPi/5).

Donc tu as raison, elle est 5-périodique, et du coup il suffit de considérer 3$a_{5n},a_{5n+1},...,a_{5n+4}

Posté par
jito
re : Un exo complexe... 29-06-09 à 13:19

ok!
Ainsi s'achève l'exo^^
En tout cas je ne me fais pas trop de souci pour la suite te concernant^^ (pour ma part, y a encore pas mal de chemin À faire :p lol)
Merci! et qui sait, on sera peut-être amené à se croiser sans même qu'on le sache ^^

Posté par
gui_tou
re : Un exo complexe... 29-06-09 à 13:30

Ouep, on a gagné !
Si tu peux te faire du souci, il n'y a pas que les maths, j'ai pu le constater à centrale avec la chimie Foutus diagrammes moléculaires va. Je te souhaite aussi bon courage pour l'ESTP! Oui on se recroisera surement, sur l'ile ou aux oraux si ça se trouve:

Posté par
gui_tou
re : Un exo complexe... 30-06-09 à 08:49

Re !

J'ai trouvé mieux pour le rayon de convergence ^^

3$\forall n\in\mathbb{N},\;|a_n|\le3 donc 3$R\le 1

Et comme la suite 3$\(\Bigsum_{k=0}^nS_k\) diverge, on a 3$R\ge 1

Finalement R=1, sauf erreur!



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