Trigonométrie/Équations et inéquations trigonométriques

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Équations et inéquations trigonométriques
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Chapitre no 10
Leçon : Trigonométrie
Chap. préc. :Théorème du sinus
Chap. suiv. :Les formules de trigonométrie
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Équations trigonométriques

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Équations de base

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Début d’un principe
Fin du principe
Début de l'exemple
Fin de l'exemple


Cas général

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L'équation trigonométrique que l'on étudie et que l'on doit résoudre dans le cas général est :  .

L'objectif est de calculer l'ensemble des valeurs de la variable   tel que cette équation soit vérifiée.

Les constantes   sont des nombres réels   tels que  .


Nous procédons, dans un premier temps, à la création de trois nouvelles constantes à partir de   :


 ,  ,  


La condition à respecter est :  .

En effet,  


De plus, l'égalité   nous ramène à une équation trigonométrique de base faisant intervenir les fonction cosinus et sinus :

 


Donc :  ,  


L'équation trigonométrique comportant les nouvelles constantes est :  .


En appliquant les nouvelles expressions de   et   dans l'équation ci-dessus, et en utilisant deux formules de produits-sommes, l'équation peut être simplifiée et faire intervenir uniquement une expression avec la fonction cosinus.


Démonstration :

 


 

 


Donc :  

Remarque : L'expression   est aussi égale à  .


L'équation   a plusieurs solutions (racines) en fonction de la valeur de la constante   :

  • Si   : L'équation   n'admet pas de racines (solutions) car la valeur maximale atteinte par la fonction cosinus est : 1. L'ensemble des solutions est alors l'ensemble vide.  
  • Si   : L'équation   admet une infinité de solutions et il existe un réel   tel que  .


La résolution de l'équation   est la suivante :


 

 

L'ensemble des solutions est alors :   (mod  )  


Les expressions des constantes   et   en fonction des coefficients   sont les suivantes :


 

 


ATTENTION : Lors du calcul des solutions de l'équation  , vérifiez que votre calculatrice ou logiciel de calcul formel soit paramétré en radian et non en degré.



Conditions d'existence de sommes et produits prescrits de cosinus et sinus

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Soient les équations suivantes, faisant intervenir des sommes et produits de cosinus et sinus :


 


Les nombres   appartiennent à l'ensemble des réels.  .

L'objectif est de déterminer les intervalles de valeurs auxquels appartiennent les réels   et   tels que les sommes et produits des fonctions cosinus et sinus soient vrais.

Somme des fonctions cosinus

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Soit la somme de deux fonctions cosinus :  

Les valeurs des réels   et   pour lesquelles chaque fonction cosinus atteint ses extremums (valeurs maximale et minimale) sont :   et    

En effet :   et  

La somme   donne également deux résultats extrêmes :   et  . Il s'agit des valeurs affectées au réel  .


Conclusion :

Les valeurs affectées au nombre réel  , telles que l'équation   soit vraie, appartiennent à l'intervalle :  .

 

Produit des fonctions cosinus

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Soit le produit de deux fonctions cosinus :  

Les valeurs des réels   et   pour lesquelles chaque fonction cosinus atteint ses extremums (valeurs maximale et minimale) sont :   et    

En effet :   et  

Le produit   donne également deux résultats extrêmes :   et  . Il s'agit des valeurs affectées au réel  .


Conclusion :

Les valeurs affectées au nombre réel  , telles que l'équation   soit vraie, appartiennent à l'intervalle :  .

 


CONCLUSION POUR LES FONCTIONS COSINUS :


Les conditions d'existence des sommes et produits des fonctions cosinus, quelles que soient les valeurs des nombres réels   et  , sont les suivantes :

 

 

Somme des fonctions sinus

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Soit la somme de deux fonctions sinus :  

Les valeurs des réels   et   pour lesquelles chaque fonction sinus atteint ses extremums (valeurs maximale et minimale) sont :   et    

En effet :   et  

La somme   donne également deux résultats extrêmes :   et  . Il s'agit des valeurs affectées au réel  .


Conclusion :

Les valeurs affectées au nombre réel  , telles que l'équation   soit vraie, appartiennent à l'intervalle :  .

 

Produit des fonctions sinus

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Soit le produit de deux fonctions sinus :  

Les valeurs des réels   et   pour lesquelles chaque fonction sinus atteint ses extremums (valeurs maximale et minimale) sont :   et   

En effet :   et  

Le produit   donne également deux résultats extrêmes :   et  . Il s'agit des valeurs affectées au réel  .


Conclusion :

Les valeurs affectées au nombre réel  , telles que l'équation   soit vraie, appartiennent à l'intervalle :  .

 


CONCLUSION POUR LES FONCTIONS SINUS :


Les conditions d'existence des sommes et produits des fonctions sinus, quelles que soient les valeurs des nombres réels   et  , sont les suivantes :

 

 

Inéquations trigonométriques

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Les inéquations trigonométriques sont des relations d'inégalité entre des expressions incluant des fonctions trigonométriques et des nombres.

Inéquations de base

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Les trois inéquations de base sont les inéquations faisant intervenir les fonctions cosinus, sinus et tangente. Les variables dans ces fonctions sont   et  .

Dans toutes les inéquations suivantes, on considère le réel   comme une variable et le réel   comme une valeur fixe (constante).

Fonctions sinus

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Soient  

Infériorité ou égalité de deux fonctions sinus
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L'inéquation faisant intervenir deux fonctions sinus est la suivante :  

L'ensemble-solution rendant cette inégalité vraie est :  

L'intervalle auquel   appartient et qui vérifie cette inéquation est :  

Stricte infériorité d'une première fonction sinus par rapport à une deuxième fonction sinus
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L'inéquation stricte faisant intervenir deux fonctions sinus est la suivante :  

L'ensemble-solution rendant cette inégalité stricte vraie est :  

L'intervalle auquel   appartient et qui vérifie cette inéquation stricte est :  

Supériorité ou égalité de deux fonction sinus
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L'inéquation faisant intervenir deux fonctions sinus est la suivante :  

L'ensemble-solution rendant cette inégalité vraie est :  

L'intervalle auquel   appartient et qui vérifie cette inéquation est :  

Stricte supériorité d'une première fonction sinus sur une deuxième fonction sinus
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L'inéquation stricte faisant intervenir deux fonctions sinus est la suivante :  

L'ensemble-solution rendant cette inégalité stricte vraie est :  

L'intervalle auquel   appartient et qui vérifie cette inéquation stricte est :  

Fonctions cosinus

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Soient  

Infériorité ou égalité de deux fonctions cosinus
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L'inéquation faisant intervenir deux fonctions cosinus est la suivante :  

L'ensemble-solution rendant cette inégalité vraie est :  

L'intervalle auquel   appartient et qui vérifie cette inéquation est : 

Stricte infériorité d'une première fonction cosinus par rapport à une deuxième fonction cosinus
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L'inéquation stricte faisant intervenir deux fonctions cosinus est la suivante :  

L'ensemble-solution rendant cette inégalité stricte vraie est :  

L'intervalle auquel   appartient et qui vérifie cette inéquation stricte est : 

Supériorité ou égalité de deux fonctions cosinus
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L'inéquation faisant intervenir deux fonctions cosinus est la suivante :  

L'ensemble-solution rendant cette inégalité vraie est :  

L'intervalle auquel   appartient et qui vérifie cette inéquation est : 

Stricte supériorité d'une première fonction cosinus sur une deuxième fonction cosinus
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L'inéquation stricte faisant intervenir deux fonctions cosinus est la suivante :  

L'ensemble-solution rendant cette inégalité stricte vraie est :  

L'intervalle auquel   appartient et qui vérifie cette inéquation stricte est : 

Fonctions tangente

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Soient  

Infériorité ou égalité de deux fonctions tangente
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L'inéquation faisant intervenir deux fonctions tangente est la suivante :  

L'ensemble-solution rendant cette inégalité vraie est :  

L'intervalle auquel   appartient et qui vérifie cette inéquation est :  

Stricte infériorité d'une première fonction tangente par rapport à une deuxième fonction tangente
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L'inéquation stricte faisant intervenir deux fonctions tangente est la suivante :  

L'ensemble-solution rendant cette inégalité stricte vraie est :  

L'intervalle auquel   appartient et qui vérifie cette inéquation stricte est :  

Supériorité ou égalité de deux fonctions tangente
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L'inéquation faisant intervenir deux fonctions tangente est la suivante :  

L'ensemble-solution rendant cette inégalité vraie est :  

L'intervalle auquel   appartient et qui vérifie cette inéquation est :  

Stricte supériorité d'une première fonction tangente sur une deuxième fonction tangente
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L'inéquation stricte faisant intervenir deux fonctions tangente est la suivante :  

L'ensemble-solution rendant cette inégalité stricte vraie est :  

L'intervalle auquel   appartient et qui vérifie cette inéquation stricte est :