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Niveau Maths sup
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une implication en trigonométrie

Posté par
Hyung
22-08-11 à 17:16

Bonjour,

Pour montrer que: e^{ix}+e^{iy}+e^{iz}=0 \Longrightarrow e^{2ix}+e^{2iy}+e^{2iz}=0 j'essaye de montrer que:

\left\lbrace\begin{array}l cosx+cosy+cosz=0 \\ sinx+siny+sinz=0 \end{array} \Longrightarrow \left\lbrace\begin{array}l cos2x+cos2y+cos2z=0 \\ sin2x+sin2y+sin2z=0 \end{array}
cos2x=2cos^2 x-1=2(cosy+cosz)^2-1 Donc:
cos2x+cos2y+cos2z=2(cos^2 x+cos^2 y+cos^2 z+(cos^2 x+cos^2 y+cos^2 z+2(cosxcosy+cosycosz+cosxcosz)))-3
 \\ cos^2 x+cos^2 y+cos^2 z+2(cosxcosy+cosycosz+cosxcosz)=0
 \\ cos2x+cos2y+cos2z=2(cos^2 x+cos^2 y+cos^2 z)-3
...
Auriez-vous des idées?

Posté par
jver
re : une implication en trigonométrie 22-08-11 à 17:31

Oserais-je?

x,y,z sont des réels?
Si oui, les points e^{ix}, e^{iy} et e^{iz} sont trois points du cercle unité dont la somme des angles vaut k \times 2 \pi.

Les points d'affixes e^{2ix}, e^{2iy} et e^{2iz} ont des angles doubles dont la somme est 2k\times 2\pi

Posté par
Manu04
re : une implication en trigonométrie 22-08-11 à 17:38

Bonjour, jver je crois que ton raisonnement ne tient pas, les exponentielles ne sont pas multipliées mais ajoutées, un argument de e^{ix}+e^{iy}+e^{iz} n'est pas x+y+z

Posté par
Manu04
re : une implication en trigonométrie 22-08-11 à 18:33

Je crois avoir trouvé une idée de preuve. Je vais éviter de tout écrire pour te laisser aussi chercher. J'ai d'abord voulu simplifier le problème en disant que quitte à effectuer une rotation en multipliant par e^{-ix}, on peut supposer que x=0.
Il s'agit alors de démontrer l'implication 1+e^{iy}+e^{iz}=0\Longrightarrow 1+e^{2iy}+e^{2iz}=0

1ère étape, montrer que si 1+e^{iy}+e^{iz}=0 alors y+z=0\ (2\pi)
2ème étape, déterminer une expression factorisée de 1+e^{2iy}+e^{2iz} et montrer que l'un des termes est nul avec le résultat du 1)

Posté par
Manu04
re : une implication en trigonométrie 22-08-11 à 18:36

Rectificatif, 1) montrer que y+z=0\ (\pi)

Posté par
jver
re : une implication en trigonométrie 22-08-11 à 18:48

La chaleur!!! excuse-moi.
x et y donnés, en général n'existe pas z correspondant

En revanche x=\frac{\pi}{3},  y=-\frac{\pi}{3} et z=-\pi vont bien

Intéressant!
A plus tard!

Posté par
Manu04
re : une implication en trigonométrie 22-08-11 à 18:51

Bon, je re-rectifie mon 1), il faut bien prouver que y+z=0\ (2\pi),ouf ...

Mais ce n'est franchement pas évident d'arriver au bout.

Posté par
alainpaul
re : une implication en trigonométrie 22-08-11 à 18:56

Bonsoir,


e^(ix)+e^(iy)+e^(iz) = 0 ,     a)
e^(ix)+e^(iy) = -e^(iz)
(e^(ix)+e^(iy))^2 = e^(2iz)   (1)

e^(2ix)+e^(2iy)+e^(2iz) = 0    b)
nous donne:
-(e^(2ix)+e^(2iy)) = e^(2iz), (2)


Nous avons 2 valeurs différentes de e^(2iz).


Je doute de l'affirmation si a) alors b) ,

Alain

Posté par
jver
re : une implication en trigonométrie 22-08-11 à 19:01

oui, ce doit être bon!

On a donc y=z (à pi près, mais il faudra rendre propre après)

On a par ailleurs cos(y)+cos(z)=2 cos(y)=-1

A une rotation de x près, les points d'affixes e^{ix},e^{iy} et e^{iz} sont les sommets d'un triangle équilatéral. Le reste s'ensuit.

Posté par
Manu04
re : une implication en trigonométrie 22-08-11 à 19:04

Citation :
Nous avons 2 valeurs différentes de e^(2iz).


Deux expressions différentes, pas deux valeurs différentes.

Comme le dit Jver, avec x et y quelconque il n'existe pas nécessairement de z vérifiant e^{ix}+e^{iy}+e^{iz}=0. L'égalité de départ est contraignante pour les 3. Alors pourquoi pas espérer que ^\left(e^{ix}+e^{iy}\right)^2=-e^{2ix}-e^{2iy} ?

Posté par
jver
re : une implication en trigonométrie 22-08-11 à 19:05

posté avant de finir
... parce que 2 \times \frac{2 \pi}{3}= \frac{-2\pi}{3}

Posté par
alainpaul
re : une implication en trigonométrie 22-08-11 à 19:10

Sauf erreur,

(e^(ix)+e^(iy))^2  = e^(2iz)
       +
-(e^(2ix)+e^(2iy)) = e^(2iz)

       donne
     2e^(2i(x+y)) = 2e^(2iz)

OU z = (x+y) mod(2Pi)


Amicalement,

Alain

Posté par
jver
re : une implication en trigonométrie 22-08-11 à 19:21

Si x et y  ne sont pas ainsi, pas de solution du système. La question est donc un peu "vicieuse"

Dire que exp(ix)+exp(iy)+exp(iz)=0, c'est dire que exp(iy)= \pm j \times exp(ix)

une implication en trigonométrie

Posté par
Hyung
re : une implication en trigonométrie 22-08-11 à 19:42

En fait je connais une preuve qui utilise les nombres complexes. Je souhaite trouver une preuve trigonométrique de cette implication...
Peut-on par exemple poser z=0 sans perte de généralité? L'implication devient alors facile à montrer...

Posté par
jver
re : une implication en trigonométrie 22-08-11 à 20:00

x étant fixé, on a y=x \pm \frac{2\pi}{3} et z est l'autre.

Il me semble que c'est complet. Faire du calcul trigonemétrique ne peut donner de solution

Posté par
Manu04
re : une implication en trigonométrie 22-08-11 à 21:12

Voilà ce que je propose comme résolution trigonométrique, mais on passe effectivement pas un résultat nettement plus fort que ton implication.

Soient x, y et z trois réels tels que e^{ix}+e^{iy}+e^{iz}=0 .
On a alors 1+e^{i(y-x)}+e^{i(z-x)}=0. On pose Y=y-x et Z=z-x de sorte que notre hypothèse devient 1+e^{iY}+e^{iZ}=0.

Celle-ci se traduit par le système : \left\{\begin{array}{l}1+\cos Y+\cos Z=0\\\sin Y+\sin Z=0\end{array}\right}
On en déduit que \left\{\begin{array}{l}1+2\cos \frac{Y+Z}{2}\cos \frac{Y-Z}{2}=0\\\sin Y=\sin (-Z)\end{array}\right}
Puis que \left\{\begin{array}{l}\cos \frac{Y+Z}{2}\cos \frac{Y-Z}{2}=-\frac{1}{2}\neq 0\\Y=-Z\ (2\pi)\ \text{ou}\ Y=\pi+Z\ (2\pi)\end{array}\right}
Or \cos \frac{Y+Z}{2}\cos \frac{Y-Z}{2}\neq 0 donc on ne peut avoir Y=\pi+Z\ (2\pi)
Nécessairement Y=-Z\ (2\pi)

En revenant à notre premier système on a donc 1+\cos Y+\cos Z=1+2\cos Y=0 qui donne Y=\frac{2\pi}{3} ou Y=-\frac{2\pi}{3}\ (2\pi)

Ainsi seuls les triplets de la forme (x,x\pm\frac{2\pi}{3},x\mp\frac{2\pi}{3}) peuvent convenir, ce qui se vérifie sans trop d'efforts.

La conclusion est alors simple puisque la multiplication par 2 laisse la forme de ces triplets inchangée.



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