درس Trigonométrie 1 (Règles du calcul trigonométrique) — الجذع المشترك العلمي (خيار فرنسية)

درس «Trigonométrie 1 (Règles du calcul trigonométrique)» لتلاميذ الجذع المشترك العلمي (خيار فرنسية) بالفرنسية والعربية: Radian - Cercle trigonométrique - Abscisses curvilignes - Angles orientés - Cosinus, sinus, tangente - Relations entre les angles. Cours Trigonométrie 1 (Règles du calcul…

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Le radian

Définition

Le radian (rad) est la mesure de l’angle au centre qui intercepte, sur un cercle de rayon $r$, un arc de longueur $r$.

$\pi\,\operatorname{rad}=180^\circ$

Propriété Conversion

Si $x$ est la mesure en degrés et $\alpha$ la mesure en radians d’un même angle :

$\dfrac{x}{180}=\dfrac{\alpha}{\pi}$

Longueur d’un arc de rayon $r$ et d’angle $\alpha$ (en rad) : $\ell=r\alpha$.

Exemple

| Degrés | $30^\circ$ | $45^\circ$ | $60^\circ$ | $90^\circ$ | $120^\circ$ | $150^\circ$ | $180^\circ$ |

| Radians | $\dfrac{\pi}{6}$ | $\dfrac{\pi}{4}$ | $\dfrac{\pi}{3}$ | $\dfrac{\pi}{2}$ | $\dfrac{2\pi}{3}$ | $\dfrac{5\pi}{6}$ | $\pi$ |

Cercle trigonométrique et abscisses curvilignes

Définition

Le plan est muni d’un repère orthonormé $(O;\vec{i};\vec{j})$. Le cercle trigonométrique est le cercle $(\mathcal{C})$ de centre $O$, de rayon $1$, orienté dans le sens direct (sens inverse des aiguilles d’une montre), d’origine $I(1;0)$.

Définition Abscisses curvilignes

Si $x$ est une abscisse curviligne d’un point $M$ de $(\mathcal{C})$, alors toutes ses abscisses curvilignes sont :

$x+2k\pi$ ; $k\in\mathbb{Z}$

L’unique abscisse curviligne de $M$ appartenant à $]-\pi;\pi]$ est l’abscisse curviligne principale.

Exemple Abscisse principale de $\dfrac{29\pi}{4}$

$\dfrac{29\pi}{4}=\dfrac{32\pi-3\pi}{4}=-\dfrac{3\pi}{4}+8\pi=-\dfrac{3\pi}{4}+4\times2\pi$

L’abscisse principale est $-\dfrac{3\pi}{4}$

Angle orienté de deux vecteurs

Définition

Soient $M$ et $N$ deux points de $(\mathcal{C})$ d’abscisses curvilignes $x$ et $y$. Toute mesure de l’angle orienté $\left(\overrightarrow{OM};\overrightarrow{ON}\right)$ s’écrit :

$y-x+2k\pi$ ; $k\in\mathbb{Z}$

La mesure appartenant à $]-\pi;\pi]$ est la mesure principale.

Propriété Relation de Chasles

$\left(\vec{u};\vec{v}\right)+\left(\vec{v};\vec{w}\right)\equiv\left(\vec{u};\vec{w}\right)\ [2\pi]$

$\left(\vec{v};\vec{u}\right)\equiv-\left(\vec{u};\vec{v}\right)\ [2\pi]$

Cosinus, sinus et tangente

Définition

Soit $M$ le point de $(\mathcal{C})$ d’abscisse curviligne $x$. On appelle cosinus et sinus de $x$ l’abscisse et l’ordonnée de $M$ :

$M(\cos x;\sin x)$

Pour $x\neq\dfrac{\pi}{2}+k\pi$, la tangente de $x$ est $\tan x=\dfrac{\sin x}{\cos x}$.

Propriété Propriétés fondamentales

Pour tout réel $x$ et tout $k\in\mathbb{Z}$ :

$-1\leq\cos x\leq1$ ; $-1\leq\sin x\leq1$ ; $\cos^2x+\sin^2x=1$

$\cos(x+2k\pi)=\cos x$ ; $\sin(x+2k\pi)=\sin x$ ; $\tan(x+k\pi)=\tan x$

Si $\cos x\neq0$ : $1+\tan^2x=\dfrac{1}{\cos^2x}$.

Exemple

On sait que $\cos x=\dfrac{3}{5}$ et $x\in\left]-\dfrac{\pi}{2};0\right[$. Calculer $\sin x$ et $\tan x$.

$\sin^2x=1-\dfrac{9}{25}=\dfrac{16}{25}$ et $\sin x<0$ sur cet intervalle :

$\sin x=-\dfrac{4}{5}$ ; $\tan x=\dfrac{-4/5}{3/5}=-\dfrac{4}{3}$

Valeurs remarquables

Propriété Tableau des valeurs remarquables

| $x$ | $0$ | $\dfrac{\pi}{6}$ | $\dfrac{\pi}{4}$ | $\dfrac{\pi}{3}$ | $\dfrac{\pi}{2}$ |

| $\cos x$ | $1$ | $\dfrac{\sqrt{3}}{2}$ | $\dfrac{\sqrt{2}}{2}$ | $\dfrac{1}{2}$ | $0$ |

| $\sin x$ | $0$ | $\dfrac{1}{2}$ | $\dfrac{\sqrt{2}}{2}$ | $\dfrac{\sqrt{3}}{2}$ | $1$ |

| $\tan x$ | $0$ | $\dfrac{\sqrt{3}}{3}$ | $1$ | $\sqrt{3}$ | non définie |

Relations entre les angles

Propriété Angles opposés : $x$ et $-x$

$\cos(-x)=\cos x$ ; $\sin(-x)=-\sin x$ ; $\tan(-x)=-\tan x$

Propriété Angles supplémentaires : $\pi-x$ et $x$ ; $\pi+x$ et $x$

$\cos(\pi-x)=-\cos x$ ; $\sin(\pi-x)=\sin x$ ; $\tan(\pi-x)=-\tan x$

$\cos(\pi+x)=-\cos x$ ; $\sin(\pi+x)=-\sin x$ ; $\tan(\pi+x)=\tan x$

Propriété Angles complémentaires : $\dfrac{\pi}{2}-x$ et $x$ ; $\dfrac{\pi}{2}+x$ et $x$

$\cos\left(\dfrac{\pi}{2}-x\right)=\sin x$ ; $\sin\left(\dfrac{\pi}{2}-x\right)=\cos x$ ; $\tan\left(\dfrac{\pi}{2}-x\right)=\dfrac{1}{\tan x}$

$\cos\left(\dfrac{\pi}{2}+x\right)=-\sin x$ ; $\sin\left(\dfrac{\pi}{2}+x\right)=\cos x$ ; $\tan\left(\dfrac{\pi}{2}+x\right)=-\dfrac{1}{\tan x}$

Propriété Résumé

| | $-x$ | $\pi-x$ | $\pi+x$ | $\dfrac{\pi}{2}-x$ | $\dfrac{\pi}{2}+x$ |

| $\sin$ | $-\sin x$ | $\sin x$ | $-\sin x$ | $\cos x$ | $\cos x$ |

| $\cos$ | $\cos x$ | $-\cos x$ | $-\cos x$ | $\sin x$ | $-\sin x$ |

| $\tan$ | $-\tan x$ | $-\tan x$ | $\tan x$ | $\dfrac{1}{\tan x}$ | $-\dfrac{1}{\tan x}$ |

Exemple Calculer $\cos\dfrac{5\pi}{6}$, $\sin\dfrac{7\pi}{6}$ et $\tan\dfrac{2\pi}{3}$

$\cos\dfrac{5\pi}{6}=\cos\left(\pi-\dfrac{\pi}{6}\right)=-\cos\dfrac{\pi}{6}=-\dfrac{\sqrt{3}}{2}$

$\sin\dfrac{7\pi}{6}=\sin\left(\pi+\dfrac{\pi}{6}\right)=-\sin\dfrac{\pi}{6}=-\dfrac{1}{2}$

$\tan\dfrac{2\pi}{3}=\tan\left(\pi-\dfrac{\pi}{3}\right)=-\tan\dfrac{\pi}{3}=-\sqrt{3}$

Application Simplifier une expression

$A=\cos(\pi-x)+\sin\left(\dfrac{\pi}{2}-x\right)+\cos(\pi+x)+\sin\left(\dfrac{\pi}{2}+x\right)$

$A=-\cos x+\cos x-\cos x+\cos x$

$A=0$

À retenir

  • $\pi\,\operatorname{rad}=180^\circ$ ; abscisses curvilignes de $M$ : $x+2k\pi$.
  • $M(\cos x;\sin x)$ ; $\cos^2x+\sin^2x=1$ ; $\tan x=\dfrac{\sin x}{\cos x}$.
  • Ramener tout angle à $\left[0;\dfrac{\pi}{2}\right]$ avec les relations $-x$, $\pi\pm x$, $\dfrac{\pi}{2}\pm x$.

النسخة العربية

الراديان

تعريف

الراديان (rad) هو قياس الزاوية المركزية التي تحصر، على دائرة شعاعها $r$، قوساً طوله $r$.

$\pi\,\operatorname{rad}=180^\circ$

خاصية التحويل

إذا كان $x$ قياس زاوية بالدرجة و $\alpha$ قياسها بالراديان :

$\dfrac{x}{180}=\dfrac{\alpha}{\pi}$

طول قوس شعاعه $r$ وزاويته $\alpha$ (بالراديان) : $\ell=r\alpha$.

مثال

| الدرجة | $30^\circ$ | $45^\circ$ | $60^\circ$ | $90^\circ$ | $120^\circ$ | $150^\circ$ | $180^\circ$ |

| الراديان | $\dfrac{\pi}{6}$ | $\dfrac{\pi}{4}$ | $\dfrac{\pi}{3}$ | $\dfrac{\pi}{2}$ | $\dfrac{2\pi}{3}$ | $\dfrac{5\pi}{6}$ | $\pi$ |

الدائرة المثلثية والأفاصيل المنحنية

تعريف

المستوى منسوب إلى معلم متعامد ممنظم $(O;\vec{i};\vec{j})$. الدائرة المثلثية هي الدائرة $(\mathcal{C})$ التي مركزها $O$ وشعاعها $1$، الموجهة في المنحى المباشر (عكس عقارب الساعة)، وأصلها $I(1;0)$.

تعريف الأفاصيل المنحنية

إذا كان $x$ أفصولاً منحنياً لنقطة $M$ من $(\mathcal{C})$ فإن جميع أفاصيلها المنحنية هي :

$x+2k\pi$ ; $k\in\mathbb{Z}$

الأفصول المنحني الوحيد للنقطة $M$ الذي ينتمي إلى $]-\pi;\pi]$ يسمى الأفصول المنحني الرئيسي.

مثال الأفصول الرئيسي لـ $\dfrac{29\pi}{4}$

$\dfrac{29\pi}{4}=\dfrac{32\pi-3\pi}{4}=-\dfrac{3\pi}{4}+8\pi=-\dfrac{3\pi}{4}+4\times2\pi$

الأفصول المنحني الرئيسي هو $-\dfrac{3\pi}{4}$

الزاوية الموجهة لمتجهتين

تعريف

لتكن $M$ و $N$ نقطتين من $(\mathcal{C})$ أفصولاهما المنحنيان $x$ و $y$. كل قياس للزاوية الموجهة $\left(\overrightarrow{OM};\overrightarrow{ON}\right)$ يكتب :

$y-x+2k\pi$ ; $k\in\mathbb{Z}$

القياس الذي ينتمي إلى $]-\pi;\pi]$ يسمى القياس الرئيسي.

خاصية علاقة شال

$\left(\vec{u};\vec{v}\right)+\left(\vec{v};\vec{w}\right)\equiv\left(\vec{u};\vec{w}\right)\ [2\pi]$

$\left(\vec{v};\vec{u}\right)\equiv-\left(\vec{u};\vec{v}\right)\ [2\pi]$

جيب التمام والجيب والظل

تعريف

لتكن $M$ النقطة من $(\mathcal{C})$ التي أفصولها المنحني $x$. نسمي جيب تمام وجيب $x$ أفصول وأرتوب $M$ :

$M(\cos x;\sin x)$

من أجل $x\neq\dfrac{\pi}{2}+k\pi$، ظل $x$ هو $\tan x=\dfrac{\sin x}{\cos x}$.

خاصية خاصيات أساسية

لكل عدد حقيقي $x$ ولكل $k\in\mathbb{Z}$ :

$-1\leq\cos x\leq1$ ; $-1\leq\sin x\leq1$ ; $\cos^2x+\sin^2x=1$

$\cos(x+2k\pi)=\cos x$ ; $\sin(x+2k\pi)=\sin x$ ; $\tan(x+k\pi)=\tan x$

إذا كان $\cos x\neq0$ : $1+\tan^2x=\dfrac{1}{\cos^2x}$.

مثال

نعلم أن $\cos x=\dfrac{3}{5}$ و $x\in\left]-\dfrac{\pi}{2};0\right[$. احسب $\sin x$ و $\tan x$.

$\sin^2x=1-\dfrac{9}{25}=\dfrac{16}{25}$ و $\sin x<0$ على هذا المجال :

$\sin x=-\dfrac{4}{5}$ ; $\tan x=\dfrac{-4/5}{3/5}=-\dfrac{4}{3}$

القيم الاعتيادية

خاصية جدول القيم الاعتيادية

| $x$ | $0$ | $\dfrac{\pi}{6}$ | $\dfrac{\pi}{4}$ | $\dfrac{\pi}{3}$ | $\dfrac{\pi}{2}$ |

| $\cos x$ | $1$ | $\dfrac{\sqrt{3}}{2}$ | $\dfrac{\sqrt{2}}{2}$ | $\dfrac{1}{2}$ | $0$ |

| $\sin x$ | $0$ | $\dfrac{1}{2}$ | $\dfrac{\sqrt{2}}{2}$ | $\dfrac{\sqrt{3}}{2}$ | $1$ |

| $\tan x$ | $0$ | $\dfrac{\sqrt{3}}{3}$ | $1$ | $\sqrt{3}$ | غير معرف |

العلاقات بين الزوايا

خاصية زاويتان متقابلتان : $x$ و $-x$

$\cos(-x)=\cos x$ ; $\sin(-x)=-\sin x$ ; $\tan(-x)=-\tan x$

خاصية زاويتان متكاملتان : $\pi-x$ و $x$ ؛ $\pi+x$ و $x$

$\cos(\pi-x)=-\cos x$ ; $\sin(\pi-x)=\sin x$ ; $\tan(\pi-x)=-\tan x$

$\cos(\pi+x)=-\cos x$ ; $\sin(\pi+x)=-\sin x$ ; $\tan(\pi+x)=\tan x$

خاصية زاويتان متتامتان : $\dfrac{\pi}{2}-x$ و $x$ ؛ $\dfrac{\pi}{2}+x$ و $x$

$\cos\left(\dfrac{\pi}{2}-x\right)=\sin x$ ; $\sin\left(\dfrac{\pi}{2}-x\right)=\cos x$ ; $\tan\left(\dfrac{\pi}{2}-x\right)=\dfrac{1}{\tan x}$

$\cos\left(\dfrac{\pi}{2}+x\right)=-\sin x$ ; $\sin\left(\dfrac{\pi}{2}+x\right)=\cos x$ ; $\tan\left(\dfrac{\pi}{2}+x\right)=-\dfrac{1}{\tan x}$

خاصية خلاصة

| | $-x$ | $\pi-x$ | $\pi+x$ | $\dfrac{\pi}{2}-x$ | $\dfrac{\pi}{2}+x$ |

| $\sin$ | $-\sin x$ | $\sin x$ | $-\sin x$ | $\cos x$ | $\cos x$ |

| $\cos$ | $\cos x$ | $-\cos x$ | $-\cos x$ | $\sin x$ | $-\sin x$ |

| $\tan$ | $-\tan x$ | $-\tan x$ | $\tan x$ | $\dfrac{1}{\tan x}$ | $-\dfrac{1}{\tan x}$ |

مثال احسب $\cos\dfrac{5\pi}{6}$ و $\sin\dfrac{7\pi}{6}$ و $\tan\dfrac{2\pi}{3}$

$\cos\dfrac{5\pi}{6}=\cos\left(\pi-\dfrac{\pi}{6}\right)=-\cos\dfrac{\pi}{6}=-\dfrac{\sqrt{3}}{2}$

$\sin\dfrac{7\pi}{6}=\sin\left(\pi+\dfrac{\pi}{6}\right)=-\sin\dfrac{\pi}{6}=-\dfrac{1}{2}$

$\tan\dfrac{2\pi}{3}=\tan\left(\pi-\dfrac{\pi}{3}\right)=-\tan\dfrac{\pi}{3}=-\sqrt{3}$

تطبيق تبسيط تعبير

$A=\cos(\pi-x)+\sin\left(\dfrac{\pi}{2}-x\right)+\cos(\pi+x)+\sin\left(\dfrac{\pi}{2}+x\right)$

$A=-\cos x+\cos x-\cos x+\cos x$

$A=0$

للحفظ

  • $\pi\,\operatorname{rad}=180^\circ$ ؛ الأفاصيل المنحنية لـ $M$ : $x+2k\pi$.
  • $M(\cos x;\sin x)$ ؛ $\cos^2x+\sin^2x=1$ ؛ $\tan x=\dfrac{\sin x}{\cos x}$.
  • نرجع كل زاوية إلى $\left[0;\dfrac{\pi}{2}\right]$ بواسطة العلاقات $-x$ و $\pi\pm x$ و $\dfrac{\pi}{2}\pm x$.

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