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Représentation des nombres complexes (suite)

Q4. Effectuer les opérations: le produit, le quotient, la puissance nième et la racine nième de nombre complexe non nul en utilisant la forme trigonométrie d'un nombre complexe. 

B. Quotient de deux nombres complexes non nuls.

 Soit z et z2 deux nombres complexes écrits sous la forme trigonométrique. Calculons leur quotient :

C. Puissance d’un nombre complexe et formule de MOIVRE.

Soit un nombre complexe donné sous la forme trigonométrique :

z=|z|(cosθ + isinθ)  (1)

Calculons Zn avec n ∈ N*.   On a deux possibilités :

  1. Comme |z|n=|z|n  et Arg |z|n=n

Arg z=n.θ

zn=|z|n(cosnθ + isinnθ)  (2)

2. En élevant chaque membre de (1) à la puissance ne, on obtient :

zn=|z|n(cosθ + isinθ)n  (3)

Les égalités (2) et (3) impliquent :

(cosθ + isinθ)= cosnθ + isinnθ

C’est la formule de MOIVRE. Elle permet de calculer la ne puissance d’un nombre complexe non nul. 

d. Racine ne d’un nombre complexe non nul.

  1. Définition:  On appelle racine ne d’un nombre complexe z, tout nombre complexe u tel que :un=z.
  2. Calcul par la méthode trigonométrique.

Tout nombre complexe non nul possède n racines nième distinctes, de même module  et d’arguments  différents de 2kπ/n (k=1,2,3,…,n-1). 

On obtient ces racines nièmes par la formule suivante :  

 

e. Applications de la formule de MOIVRE.

  1. Calcul de cos nx et sin nx en fonction de cos x et sin x.

Soit un nombre complexe un nombre complexe zn=(cos x + i sin x)n  (1)

  • Selon la formule de Moivre nous avons : zn=cos nx +i sin nx  (2)
  • En utilisant la formule de binôme, on développe le second membre de (1) et obtient la formule cartésienne de zn.

zn=u + i v  avec u=R(znet v=I(zn).

Les égalités (2) et (3) permettent d’écrire :

cos nx = u et sin nx = v  qui expriment cos nx et sin nx en fonction de cos x ou sin x.​​​​​​​