MathématiquesFiche 3 · TrigonométrieConversions d'angles & cercle trigonométrique

Conversions d'angles & cercle trigonométrique

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Facile15 exercices
Exercice 1Des degrés vers les radians

Convertis chaque angle en radians, sous forme d'une fraction de π\pi simplifiée.

  1. a)
    4545^{\circ}

    On multiplie par π180\dfrac{\pi}{180} puis on simplifie.

    \blacktriangleright 45×π180=45π180=π445\times\dfrac{\pi}{180}=\dfrac{45\pi}{180}=\dfrac{\pi}{4}.

  2. b)
    9090^{\circ}

    \blacktriangleright 90×π180=π290\times\dfrac{\pi}{180}=\dfrac{\pi}{2}.

  3. c)
    150150^{\circ}

    \blacktriangleright 150×π180=150π180=5π6150\times\dfrac{\pi}{180}=\dfrac{150\pi}{180}=\dfrac{5\pi}{6}.

  4. d)
    210210^{\circ}

    \blacktriangleright 210×π180=210π180=7π6210\times\dfrac{\pi}{180}=\dfrac{210\pi}{180}=\dfrac{7\pi}{6}.

  5. e)
    300300^{\circ}

    \blacktriangleright 300×π180=300π180=5π3300\times\dfrac{\pi}{180}=\dfrac{300\pi}{180}=\dfrac{5\pi}{3}.

Exercice 2Des radians vers les degrés

Convertis chaque angle en degrés.

  1. a)
    π6\frac{\pi}{6}

    On multiplie par 180π\dfrac{180}{\pi} ; le π\pi se simplifie.

    \blacktriangleright π6×180π=1806=30\dfrac{\pi}{6}\times\dfrac{180}{\pi}=\dfrac{180}{6}=30^{\circ}.

  2. b)
    3π4\frac{3\pi}{4}

    \blacktriangleright 3π4×180π=3×1804=135\dfrac{3\pi}{4}\times\dfrac{180}{\pi}=\dfrac{3\times180}{4}=135^{\circ}.

  3. c)
    5π3\frac{5\pi}{3}

    \blacktriangleright 5π3×180π=5×1803=300\dfrac{5\pi}{3}\times\dfrac{180}{\pi}=\dfrac{5\times180}{3}=300^{\circ}.

  4. d)
    7π6\frac{7\pi}{6}

    \blacktriangleright 7π6×180π=7×1806=210\dfrac{7\pi}{6}\times\dfrac{180}{\pi}=\dfrac{7\times180}{6}=210^{\circ}.

  5. e)
    2π2\pi

    \blacktriangleright 2π×180π=3602\pi\times\dfrac{180}{\pi}=360^{\circ} (un tour complet).

Exercice 3Dans quel quadrant ?

Indique le quadrant (I, II, III ou IV) auquel appartient chaque angle.

  1. a)
    200200^{\circ}

    On situe l'angle par rapport à 90,180,270,36090^{\circ},180^{\circ},270^{\circ},360^{\circ} (soit π2,π,3π2,2π\frac{\pi}{2},\pi,\frac{3\pi}{2},2\pi).

    \blacktriangleright 200200^{\circ} : entre 180180^{\circ} et 270270^{\circ} \Rightarrow quadrant III.

  2. b)
    8585^{\circ}

    \blacktriangleright 8585^{\circ} : entre 00^{\circ} et 9090^{\circ} \Rightarrow quadrant I.

  3. c)
    5π4\frac{5\pi}{4}

    \blacktriangleright 5π4=225\dfrac{5\pi}{4}=225^{\circ} : entre 180180^{\circ} et 270270^{\circ} \Rightarrow quadrant III.

  4. d)
    7π4\frac{7\pi}{4}

    \blacktriangleright 7π4=315\dfrac{7\pi}{4}=315^{\circ} : entre 270270^{\circ} et 360360^{\circ} \Rightarrow quadrant IV.

  5. e)
    2π3\frac{2\pi}{3}

    \blacktriangleright 2π3=120\dfrac{2\pi}{3}=120^{\circ} : entre 9090^{\circ} et 180180^{\circ} \Rightarrow quadrant II.

Exercice 4Quel signe ? (sans calculer la valeur)

Pour chaque nombre trigonométrique, donne uniquement son signe (++ ou -) en te servant du quadrant.

  1. a)
    cos160\cos 160^{\circ}

    On lit le quadrant, puis le tableau des signes (cos>0\cos>0 à droite, sin>0\sin>0 en haut, tg>0\tg>0 si sin\sin et cos\cos de même signe).

    \blacktriangleright 160160^{\circ} : quadrant II, cos<0\cos<0 donc cos160\cos160^{\circ} est négatif.

  2. b)
    sin250\sin 250^{\circ}

    \blacktriangleright 250250^{\circ} : quadrant III, sin<0\sin<0 donc sin250\sin250^{\circ} est négatif.

  3. c)
    tg100\tg 100^{\circ}

    \blacktriangleright 100100^{\circ} : quadrant II, sin>0\sin>0 et cos<0\cos<0 donc tg100\tg100^{\circ} est négatif.

  4. d)
    cos320\cos 320^{\circ}

    \blacktriangleright 320320^{\circ} : quadrant IV, cos>0\cos>0 donc cos320\cos320^{\circ} est positif.

  5. e)
    sin40\sin 40^{\circ}

    \blacktriangleright 4040^{\circ} : quadrant I, sin>0\sin>0 donc sin40\sin40^{\circ} est positif.

Exercice 5Valeurs remarquables du premier quadrant

Donne la valeur exacte, en t'aidant du tableau des valeurs remarquables.

  1. a)
    cosπ3\cos\frac{\pi}{3}

    Lecture directe dans le tableau.

    \blacktriangleright cosπ3=12\cos\dfrac{\pi}{3}=\dfrac12.

  2. b)
    sinπ4\sin\frac{\pi}{4}

    \blacktriangleright sinπ4=22\sin\dfrac{\pi}{4}=\dfrac{\sqrt2}{2}.

  3. c)
    tgπ3\tg\frac{\pi}{3}

    \blacktriangleright tgπ3=3\tg\dfrac{\pi}{3}=\sqrt3.

  4. d)
    sinπ6\sin\frac{\pi}{6}

    \blacktriangleright sinπ6=12\sin\dfrac{\pi}{6}=\dfrac12.

  5. e)
    cosπ2\cos\frac{\pi}{2}

    \blacktriangleright cosπ2=0\cos\dfrac{\pi}{2}=0.

Exercice 6Des degrés vers les radians (bis)

Convertis chaque angle en radians, sous forme d'une fraction de π\pi simplifiée.

  1. a)
    3030^{\circ}

    On multiplie par π180\dfrac{\pi}{180} puis on simplifie.

    \blacktriangleright 30×π180=π630\times\dfrac{\pi}{180}=\dfrac{\pi}{6}.

  2. b)
    6060^{\circ}

    \blacktriangleright 60×π180=π360\times\dfrac{\pi}{180}=\dfrac{\pi}{3}.

  3. c)
    120120^{\circ}

    \blacktriangleright 120×π180=120π180=2π3120\times\dfrac{\pi}{180}=\dfrac{120\pi}{180}=\dfrac{2\pi}{3}.

  4. d)
    135135^{\circ}

    \blacktriangleright 135×π180=135π180=3π4135\times\dfrac{\pi}{180}=\dfrac{135\pi}{180}=\dfrac{3\pi}{4}.

  5. e)
    270270^{\circ}

    \blacktriangleright 270×π180=270π180=3π2270\times\dfrac{\pi}{180}=\dfrac{270\pi}{180}=\dfrac{3\pi}{2}.

Exercice 7Des radians vers les degrés (bis)

Convertis chaque angle en degrés.

  1. a)
    π3\frac{\pi}{3}

    On multiplie par 180π\dfrac{180}{\pi} ; le π\pi se simplifie.

    \blacktriangleright π3×180π=1803=60\dfrac{\pi}{3}\times\dfrac{180}{\pi}=\dfrac{180}{3}=60^{\circ}.

  2. b)
    2π3\frac{2\pi}{3}

    \blacktriangleright 2π3×180π=2×1803=120\dfrac{2\pi}{3}\times\dfrac{180}{\pi}=\dfrac{2\times180}{3}=120^{\circ}.

  3. c)
    5π6\frac{5\pi}{6}

    \blacktriangleright 5π6×180π=5×1806=150\dfrac{5\pi}{6}\times\dfrac{180}{\pi}=\dfrac{5\times180}{6}=150^{\circ}.

  4. d)
    3π2\frac{3\pi}{2}

    \blacktriangleright 3π2×180π=3×1802=270\dfrac{3\pi}{2}\times\dfrac{180}{\pi}=\dfrac{3\times180}{2}=270^{\circ}.

  5. e)
    11π6\frac{11\pi}{6}

    \blacktriangleright 11π6×180π=11×1806=330\dfrac{11\pi}{6}\times\dfrac{180}{\pi}=\dfrac{11\times180}{6}=330^{\circ}.

Exercice 8Des angles moins classiques

Convertis en radians, en fraction de π\pi simplifiée. Ici le dénominateur n'est pas toujours 66, 44 ou 33.

  1. a)
    1515^{\circ}

    Même méthode ; on ne s'inquiète pas si le dénominateur est plus grand.

    \blacktriangleright 15×π180=15π180=π1215\times\dfrac{\pi}{180}=\dfrac{15\pi}{180}=\dfrac{\pi}{12}.

  2. b)
    7575^{\circ}

    \blacktriangleright 75×π180=75π180=5π1275\times\dfrac{\pi}{180}=\dfrac{75\pi}{180}=\dfrac{5\pi}{12}.

  3. c)
    3636^{\circ}

    \blacktriangleright 36×π180=36π180=π536\times\dfrac{\pi}{180}=\dfrac{36\pi}{180}=\dfrac{\pi}{5}.

  4. d)
    240240^{\circ}

    \blacktriangleright 240×π180=240π180=4π3240\times\dfrac{\pi}{180}=\dfrac{240\pi}{180}=\dfrac{4\pi}{3}.

  5. e)
    315315^{\circ}

    \blacktriangleright 315×π180=315π180=7π4315\times\dfrac{\pi}{180}=\dfrac{315\pi}{180}=\dfrac{7\pi}{4}.

Exercice 9Dans quel quadrant ? (bis)

Indique le quadrant (I, II, III ou IV) auquel appartient chaque angle.

  1. a)
    340340^{\circ}

    On situe l'angle par rapport à 90,180,270,36090^{\circ},180^{\circ},270^{\circ},360^{\circ}.

    \blacktriangleright 340340^{\circ} : entre 270270^{\circ} et 360360^{\circ} \Rightarrow quadrant IV.

  2. b)
    9595^{\circ}

    \blacktriangleright 9595^{\circ} : entre 9090^{\circ} et 180180^{\circ} \Rightarrow quadrant II.

  3. c)
    4π3\frac{4\pi}{3}

    \blacktriangleright 4π3=240\dfrac{4\pi}{3}=240^{\circ} : entre 180180^{\circ} et 270270^{\circ} \Rightarrow quadrant III.

  4. d)
    3π4\frac{3\pi}{4}

    \blacktriangleright 3π4=135\dfrac{3\pi}{4}=135^{\circ} : entre 9090^{\circ} et 180180^{\circ} \Rightarrow quadrant II.

  5. e)
    5π3\frac{5\pi}{3}

    \blacktriangleright 5π3=300\dfrac{5\pi}{3}=300^{\circ} : entre 270270^{\circ} et 360360^{\circ} \Rightarrow quadrant IV.

Exercice 10Quel signe ? (bis)

Pour chaque nombre trigonométrique, donne uniquement son signe (++ ou -) en te servant du quadrant.

  1. a)
    sin200\sin 200^{\circ}

    On lit le quadrant, puis le tableau des signes.

    \blacktriangleright 200200^{\circ} : quadrant III, sin<0\sin<0 donc sin200\sin200^{\circ} est négatif.

  2. b)
    cos100\cos 100^{\circ}

    \blacktriangleright 100100^{\circ} : quadrant II, cos<0\cos<0 donc cos100\cos100^{\circ} est négatif.

  3. c)
    tg300\tg 300^{\circ}

    \blacktriangleright 300300^{\circ} : quadrant IV, sin<0\sin<0 et cos>0\cos>0 donc tg300\tg300^{\circ} est négatif.

  4. d)
    sin350\sin 350^{\circ}

    \blacktriangleright 350350^{\circ} : quadrant IV, sin<0\sin<0 donc sin350\sin350^{\circ} est négatif.

  5. e)
    cos20\cos 20^{\circ}

    \blacktriangleright 2020^{\circ} : quadrant I, cos>0\cos>0 donc cos20\cos20^{\circ} est positif.

Exercice 11Valeurs remarquables (bis)

Donne la valeur exacte, en t'aidant du tableau.

  1. a)
    sinπ3\sin\frac{\pi}{3}

    Lecture directe dans le tableau.

    \blacktriangleright sinπ3=32\sin\dfrac{\pi}{3}=\dfrac{\sqrt3}{2}.

  2. b)
    cosπ6\cos\frac{\pi}{6}

    \blacktriangleright cosπ6=32\cos\dfrac{\pi}{6}=\dfrac{\sqrt3}{2}.

  3. c)
    tgπ4\tg\frac{\pi}{4}

    \blacktriangleright tgπ4=1\tg\dfrac{\pi}{4}=1.

  4. d)
    cosπ4\cos\frac{\pi}{4}

    \blacktriangleright cosπ4=22\cos\dfrac{\pi}{4}=\dfrac{\sqrt2}{2}.

  5. e)
    sinπ2\sin\frac{\pi}{2}

    \blacktriangleright sinπ2=1\sin\dfrac{\pi}{2}=1.

Exercice 12Tangente et cotangente du premier quadrant

Donne la valeur exacte. On rappelle que cotgα=1tgα=cosαsinα\cotg\alpha=\dfrac{1}{\tg\alpha}=\dfrac{\cos\alpha}{\sin\alpha}.

  1. a)
    tgπ6\tg\frac{\pi}{6}

    On lit tg\tg au tableau, puis on inverse pour cotg\cotg.

    \blacktriangleright tgπ6=33\tg\dfrac{\pi}{6}=\dfrac{\sqrt3}{3}.

  2. b)
    cotgπ4\cotg\frac{\pi}{4}

    \blacktriangleright cotgπ4=1tg(π/4)=11=1\cotg\dfrac{\pi}{4}=\dfrac{1}{\tg(\pi/4)}=\dfrac{1}{1}=1.

  3. c)
    cotgπ3\cotg\frac{\pi}{3}

    \blacktriangleright cotgπ3=1tg(π/3)=13=33\cotg\dfrac{\pi}{3}=\dfrac{1}{\tg(\pi/3)}=\dfrac{1}{\sqrt3}=\dfrac{\sqrt3}{3}.

  4. d)
    tg0\tg 0

    \blacktriangleright tg0=sin0cos0=01=0\tg 0=\dfrac{\sin0}{\cos0}=\dfrac{0}{1}=0.

  5. e)
    cotgπ6\cotg\frac{\pi}{6}

    \blacktriangleright cotgπ6=1tg(π/6)=13/3=33=3\cotg\dfrac{\pi}{6}=\dfrac{1}{\tg(\pi/6)}=\dfrac{1}{\sqrt3/3}=\dfrac{3}{\sqrt3}=\sqrt3.

Exercice 13Coordonnées d'un point du premier quadrant

Pour chaque angle α\alpha, donne les coordonnées exactes (cosα ; sinα)(\cos\alpha\,;\,\sin\alpha) du point associé sur le cercle trigonométrique.

  1. a)
    α=π6\alpha=\frac{\pi}{6}

    On lit cosα\cos\alpha en abscisse et sinα\sin\alpha en ordonnée.

    \blacktriangleright α=π6\alpha=\dfrac{\pi}{6} : (cosπ6 ; sinπ6)=(32 ; 12)\left(\cos\dfrac{\pi}{6}\,;\,\sin\dfrac{\pi}{6}\right)=\left(\dfrac{\sqrt3}{2}\,;\,\dfrac12\right).

  2. b)
    α=π4\alpha=\frac{\pi}{4}

    \blacktriangleright α=π4\alpha=\dfrac{\pi}{4} : (22 ; 22)\left(\dfrac{\sqrt2}{2}\,;\,\dfrac{\sqrt2}{2}\right).

  3. c)
    α=π3\alpha=\frac{\pi}{3}

    \blacktriangleright α=π3\alpha=\dfrac{\pi}{3} : (12 ; 32)\left(\dfrac12\,;\,\dfrac{\sqrt3}{2}\right).

Exercice 14Les quatre points cardinaux

Sur le cercle trigonométrique ci-dessous, les points AA, BB, CC, DD sont placés aux extrémités des deux axes.

Pour chacun des points AA, BB, CC, DD, donne son angle (en degrés et en radians) et ses coordonnées (cos ; sin)(\cos\,;\,\sin).

Chaque point est sur un axe : son cosinus ou son sinus vaut 00, l'autre ±1\pm1.

  • \blacktriangleright 0=00^{\circ}=0 rad, coordonnées (1 ; 0)(1\,;\,0).
  • \blacktriangleright 90=π290^{\circ}=\dfrac{\pi}{2}, coordonnées (0 ; 1)(0\,;\,1).
  • \blacktriangleright 180=π180^{\circ}=\pi, coordonnées (1 ; 0)(-1\,;\,0).
  • \blacktriangleright 270=3π2270^{\circ}=\dfrac{3\pi}{2}, coordonnées (0 ; 1)(0\,;\,-1).
Exercice 15Même point du cercle ?

Les deux mesures proposées pointent-elles vers le même point du cercle trigonométrique ? Réponds par oui ou non en justifiant.

  1. a)

    3030^{\circ} et 390390^{\circ}

    Deux mesures pointent vers le même point si elles diffèrent d'un nombre entier de tours (±360\pm360^{\circ}).

    \blacktriangleright Oui : 390360=30390^{\circ}-360^{\circ}=30^{\circ}.

  2. b)

    4545^{\circ} et π4\dfrac{\pi}{4}

    \blacktriangleright Oui : π4=45\dfrac{\pi}{4}=45^{\circ}.

  3. c)

    200200^{\circ} et 160-160^{\circ}

    \blacktriangleright Oui : 160+360=200-160^{\circ}+360^{\circ}=200^{\circ}.

  4. d)

    9090^{\circ} et 450450^{\circ}

    \blacktriangleright Oui : 450360=90450^{\circ}-360^{\circ}=90^{\circ}.

  5. e)

    6060^{\circ} et π6\dfrac{\pi}{6}

    \blacktriangleright Non : π6=3060\dfrac{\pi}{6}=30^{\circ}\neq60^{\circ}.

Moyen15 exercices
Exercice 1Valeurs remarquables hors du premier quadrant

Donne la valeur exacte (pense au signe puis à l'angle de référence).

  1. a)
    cos120\cos 120^{\circ}

    \blacktriangleright 120120^{\circ}, quadrant II (cos<0\cos<0), référence 180120=60180^{\circ}-120^{\circ}=60^{\circ} : cos120=cos60=12\cos120^{\circ}=-\cos60^{\circ}=-\dfrac12.

  2. b)
    sin225\sin 225^{\circ}

    \blacktriangleright 225225^{\circ}, quadrant III (sin<0\sin<0), référence 225180=45225^{\circ}-180^{\circ}=45^{\circ} : sin225=sin45=22\sin225^{\circ}=-\sin45^{\circ}=-\dfrac{\sqrt2}{2}.

  3. c)
    tg150\tg 150^{\circ}

    \blacktriangleright 150150^{\circ}, quadrant II (tg<0\tg<0), référence 3030^{\circ} : tg150=tg30=33\tg150^{\circ}=-\tg30^{\circ}=-\dfrac{\sqrt3}{3}.

  4. d)
    cos300\cos 300^{\circ}

    \blacktriangleright 300300^{\circ}, quadrant IV (cos>0\cos>0), référence 360300=60360^{\circ}-300^{\circ}=60^{\circ} : cos300=+cos60=12\cos300^{\circ}=+\cos60^{\circ}=\dfrac12.

  5. e)
    sin4π3\sin\frac{4\pi}{3}

    \blacktriangleright 4π3=240\dfrac{4\pi}{3}=240^{\circ}, quadrant III (sin<0\sin<0), référence 6060^{\circ} : sin4π3=sin60=32\sin\dfrac{4\pi}{3}=-\sin60^{\circ}=-\dfrac{\sqrt3}{2}.

Exercice 2Ramener dans un tour, puis évaluer

Ramène d'abord l'angle dans [0;360[[0^{\circ};360^{\circ}[ (ou [0;2π[[0;2\pi[) en ajoutant/retranchant des tours, puis donne la valeur exacte.

  1. a)
    cos405\cos 405^{\circ}

    \blacktriangleright 405360=45405^{\circ}-360^{\circ}=45^{\circ} : cos405=cos45=22\cos405^{\circ}=\cos45^{\circ}=\dfrac{\sqrt2}{2}.

  2. b)
    sin(30)\sin(-30^{\circ})

    \blacktriangleright sin(30)\sin(-30^{\circ}) : angle du quadrant IV (sin<0\sin<0), soit 30330-30^{\circ}\equiv330^{\circ} ; sin(30)=sin30=12\sin(-30^{\circ})=-\sin30^{\circ}=-\dfrac12.

  3. c)
    tg390\tg 390^{\circ}

    \blacktriangleright 390360=30390^{\circ}-360^{\circ}=30^{\circ} : tg390=tg30=33\tg390^{\circ}=\tg30^{\circ}=\dfrac{\sqrt3}{3}.

  4. d)
    cos7π2\cos\frac{7\pi}{2}

    \blacktriangleright 7π22π=7π4π2=3π2\dfrac{7\pi}{2}-2\pi=\dfrac{7\pi-4\pi}{2}=\dfrac{3\pi}{2} (=270=270^{\circ}) : cos7π2=cos3π2=0\cos\dfrac{7\pi}{2}=\cos\dfrac{3\pi}{2}=0.

  5. e)
    sin13π6\sin\frac{13\pi}{6}

    \blacktriangleright 13π62π=13π12π6=π6\dfrac{13\pi}{6}-2\pi=\dfrac{13\pi-12\pi}{6}=\dfrac{\pi}{6} : sin13π6=sinπ6=12\sin\dfrac{13\pi}{6}=\sin\dfrac{\pi}{6}=\dfrac12.

Exercice 3Lire un point sur le cercle

Sur le cercle trigonométrique ci-dessous, le point PP correspond à un angle α\alpha.

  1. a)

    Dans quel quadrant se trouve PP ?

    \blacktriangleright PP est en haut à gauche : quadrant II.

  2. b)

    Sachant que α\alpha est remarquable, donne sa valeur en degrés et en radians.

    \blacktriangleright L'angle vaut α=135=3π4\alpha=135^{\circ}=\dfrac{3\pi}{4}.

  3. c)

    Donne alors les coordonnées exactes (cosα ; sinα)(\cos\alpha\,;\,\sin\alpha) de PP.

    \blacktriangleright Référence 4545^{\circ} ; au quadrant II cos<0\cos<0 et sin>0\sin>0, donc cos3π4=22\cos\dfrac{3\pi}{4}=-\dfrac{\sqrt2}{2} et sin3π4=+22\sin\dfrac{3\pi}{4}=+\dfrac{\sqrt2}{2} :

    P=(22;22).P=\left(-\frac{\sqrt2}{2}\,;\,\frac{\sqrt2}{2}\right).
Exercice 4Signe imposé, quadrant à trouver

Pour chaque condition, indique le(s) quadrant(s) possible(s) pour l'angle α\alpha.

  1. a)
    cosα>0 et sinα<0\cos\alpha>0\ \text{et}\ \sin\alpha<0

    \blacktriangleright cos>0\cos>0 (quadrants I, IV) et sin<0\sin<0 (III, IV) : commun \Rightarrow quadrant IV.

  2. b)
    tgα<0\tg\alpha<0

    \blacktriangleright tg<0\tg<0 quand sin\sin et cos\cos sont de signes contraires : quadrants II et IV.

  3. c)
    sinα>0 et cosα<0\sin\alpha>0\ \text{et}\ \cos\alpha<0

    \blacktriangleright sin>0\sin>0 (I, II) et cos<0\cos<0 (II, III) : commun \Rightarrow quadrant II.

Exercice 5Vrai ou Faux

Justifie brièvement chaque réponse.

  1. a)

    5π6\dfrac{5\pi}{6} correspond à 150150^{\circ}.

    \blacktriangleright Vrai : 5π6×180π=5×1806=150\dfrac{5\pi}{6}\times\dfrac{180}{\pi}=\dfrac{5\times180}{6}=150^{\circ}.

  2. b)

    cos3π4=22\cos\dfrac{3\pi}{4}=\dfrac{\sqrt2}{2}.

    \blacktriangleright Faux : 3π4=135\dfrac{3\pi}{4}=135^{\circ} est au quadrant II, donc cos3π4=22\cos\dfrac{3\pi}{4}=-\dfrac{\sqrt2}{2} (négatif).

  3. c)

    Un angle de 45-45^{\circ} est dans le même quadrant que 315315^{\circ}.

    \blacktriangleright Vrai : 4545+360=315-45^{\circ}\equiv-45^{\circ}+360^{\circ}=315^{\circ}, qui est bien au quadrant IV comme 315315^{\circ}.

  4. d)

    tg180=0\tg 180^{\circ}=0.

    \blacktriangleright Vrai : tg180=sin180cos180=01=0\tg180^{\circ}=\dfrac{\sin180^{\circ}}{\cos180^{\circ}}=\dfrac{0}{-1}=0.

Exercice 6Valeurs remarquables hors du premier quadrant (bis)

Donne la valeur exacte (signe d'abord, puis angle de référence).

  1. a)
    sin120\sin 120^{\circ}

    \blacktriangleright 120120^{\circ}, quadrant II (sin>0\sin>0), référence 180120=60180^{\circ}-120^{\circ}=60^{\circ} : sin120=+sin60=32\sin120^{\circ}=+\sin60^{\circ}=\dfrac{\sqrt3}{2}.

  2. b)
    cos135\cos 135^{\circ}

    \blacktriangleright 135135^{\circ}, quadrant II (cos<0\cos<0), référence 4545^{\circ} : cos135=cos45=22\cos135^{\circ}=-\cos45^{\circ}=-\dfrac{\sqrt2}{2}.

  3. c)
    tg225\tg 225^{\circ}

    \blacktriangleright 225225^{\circ}, quadrant III (tg>0\tg>0), référence 225180=45225^{\circ}-180^{\circ}=45^{\circ} : tg225=+tg45=1\tg225^{\circ}=+\tg45^{\circ}=1.

  4. d)
    sin300\sin 300^{\circ}

    \blacktriangleright 300300^{\circ}, quadrant IV (sin<0\sin<0), référence 360300=60360^{\circ}-300^{\circ}=60^{\circ} : sin300=sin60=32\sin300^{\circ}=-\sin60^{\circ}=-\dfrac{\sqrt3}{2}.

  5. e)
    cos240\cos 240^{\circ}

    \blacktriangleright 240240^{\circ}, quadrant III (cos<0\cos<0), référence 6060^{\circ} : cos240=cos60=12\cos240^{\circ}=-\cos60^{\circ}=-\dfrac12.

Exercice 7Ramener dans un tour, puis évaluer (bis)

Ramène l'angle dans [0;360[[0^{\circ};360^{\circ}[ (ou [0;2π[[0;2\pi[), puis donne la valeur exacte.

  1. a)
    sin420\sin 420^{\circ}

    \blacktriangleright 420360=60420^{\circ}-360^{\circ}=60^{\circ} : sin420=sin60=32\sin420^{\circ}=\sin60^{\circ}=\dfrac{\sqrt3}{2}.

  2. b)
    cos(120)\cos(-120^{\circ})

    \blacktriangleright 120120+360=240-120^{\circ}\equiv-120^{\circ}+360^{\circ}=240^{\circ} (quadrant III, cos<0\cos<0, référence 6060^{\circ}) : cos(120)=cos240=12\cos(-120^{\circ})=\cos240^{\circ}=-\dfrac12.

  3. c)
    tg495\tg 495^{\circ}

    \blacktriangleright 495360=135495^{\circ}-360^{\circ}=135^{\circ} (quadrant II, tg<0\tg<0, référence 4545^{\circ}) : tg495=tg135=1\tg495^{\circ}=\tg135^{\circ}=-1.

  4. d)
    cos11π3\cos\frac{11\pi}{3}

    \blacktriangleright 11π32π=11π6π3=5π3\dfrac{11\pi}{3}-2\pi=\dfrac{11\pi-6\pi}{3}=\dfrac{5\pi}{3} (=300=300^{\circ}) : cos11π3=cos300=12\cos\dfrac{11\pi}{3}=\cos300^{\circ}=\dfrac12.

  5. e)
    sin ⁣(5π4)\sin\!\left(-\frac{5\pi}{4}\right)

    \blacktriangleright 5π4+2π=3π4-\dfrac{5\pi}{4}+2\pi=\dfrac{3\pi}{4} (=135=135^{\circ}) : sin(5π4)=sin3π4=22\sin\!\left(-\dfrac{5\pi}{4}\right)=\sin\dfrac{3\pi}{4}=\dfrac{\sqrt2}{2}.

Exercice 8Lire un point sur le cercle (bis)

Sur le cercle ci-dessous, le point PP correspond à un angle α\alpha remarquable.

  1. a)

    Dans quel quadrant se trouve PP ?

    \blacktriangleright PP est en bas à gauche : quadrant III.

  2. b)

    Donne la valeur de α\alpha en degrés et en radians.

    \blacktriangleright α=210=7π6\alpha=210^{\circ}=\dfrac{7\pi}{6}.

  3. c)

    Donne les coordonnées exactes (cosα ; sinα)(\cos\alpha\,;\,\sin\alpha) de PP.

    \blacktriangleright Référence 210180=30210^{\circ}-180^{\circ}=30^{\circ} ; au quadrant III cos<0\cos<0 et sin<0\sin<0 :

    P=(32;12).P=\left(-\frac{\sqrt3}{2}\,;\,-\frac12\right).
Exercice 9Signe imposé, quadrant à trouver (bis)

Pour chaque condition, indique le quadrant de l'angle α\alpha.

(a) cosα<0 et sinα>0(b) sinα<0 et tgα>0\textbf{(a)}\ \cos\alpha<0\ \text{et}\ \sin\alpha>0 \qquad \textbf{(b)}\ \sin\alpha<0\ \text{et}\ \tg\alpha>0
(c) cosα>0 et tgα<0(d) sinα>0 et tgα<0\textbf{(c)}\ \cos\alpha>0\ \text{et}\ \tg\alpha<0 \qquad \textbf{(d)}\ \sin\alpha>0\ \text{et}\ \tg\alpha<0
  • \blacktriangleright cos<0\cos<0 (II, III) et sin>0\sin>0 (I, II) : commun \Rightarrow quadrant II.
  • \blacktriangleright sin<0\sin<0 (III, IV) et tg>0\tg>0 (I, III) : commun \Rightarrow quadrant III.
  • \blacktriangleright cos>0\cos>0 (I, IV) et tg<0\tg<0 (II, IV) : commun \Rightarrow quadrant IV.
  • \blacktriangleright sin>0\sin>0 (I, II) et tg<0\tg<0 (II, IV) : commun \Rightarrow quadrant II.
Exercice 10Coordonnées hors du premier quadrant

Pour chaque angle α\alpha, donne les coordonnées exactes (cosα ; sinα)(\cos\alpha\,;\,\sin\alpha) du point associé.

  1. a)
    α=3π4\alpha=\frac{3\pi}{4}

    On applique signe (par le quadrant) puis valeur de référence, sur cos\cos et sin\sin.

    \blacktriangleright 3π4=135\dfrac{3\pi}{4}=135^{\circ} (II, référence 4545^{\circ}) : (22 ; 22)\left(-\dfrac{\sqrt2}{2}\,;\,\dfrac{\sqrt2}{2}\right).

  2. b)
    α=7π6\alpha=\frac{7\pi}{6}

    \blacktriangleright 7π6=210\dfrac{7\pi}{6}=210^{\circ} (III, référence 3030^{\circ}) : (32 ; 12)\left(-\dfrac{\sqrt3}{2}\,;\,-\dfrac12\right).

  3. c)
    α=5π3\alpha=\frac{5\pi}{3}

    \blacktriangleright 5π3=300\dfrac{5\pi}{3}=300^{\circ} (IV, référence 6060^{\circ}) : (12 ; 32)\left(\dfrac12\,;\,-\dfrac{\sqrt3}{2}\right).

Exercice 11Tangente et cotangente hors du premier quadrant

Donne la valeur exacte (signe par le quadrant, puis angle de référence).

  1. a)
    tg120\tg 120^{\circ}

    \blacktriangleright 120120^{\circ} (II, tg<0\tg<0, référence 6060^{\circ}) : tg120=tg60=3\tg120^{\circ}=-\tg60^{\circ}=-\sqrt3.

  2. b)
    cotg135\cotg 135^{\circ}

    \blacktriangleright 135135^{\circ} (II) : cos135=22\cos135^{\circ}=-\dfrac{\sqrt2}{2}, sin135=22\sin135^{\circ}=\dfrac{\sqrt2}{2}, donc cotg135=cossin=1\cotg135^{\circ}=\dfrac{\cos}{\sin}=-1.

  3. c)
    tg210\tg 210^{\circ}

    \blacktriangleright 210210^{\circ} (III, tg>0\tg>0, référence 3030^{\circ}) : tg210=+tg30=33\tg210^{\circ}=+\tg30^{\circ}=\dfrac{\sqrt3}{3}.

  4. d)
    cotg300\cotg 300^{\circ}

    \blacktriangleright 300300^{\circ} (IV) : cos300=12\cos300^{\circ}=\dfrac12, sin300=32\sin300^{\circ}=-\dfrac{\sqrt3}{2}, donc cotg300=1/23/2=13=33\cotg300^{\circ}=\dfrac{1/2}{-\sqrt3/2}=-\dfrac{1}{\sqrt3}=-\dfrac{\sqrt3}{3}.

  5. e)
    tg5π4\tg\frac{5\pi}{4}

    \blacktriangleright 5π4=225\dfrac{5\pi}{4}=225^{\circ} (III, tg>0\tg>0, référence 4545^{\circ}) : tg5π4=+tg45=1\tg\dfrac{5\pi}{4}=+\tg45^{\circ}=1.

Exercice 12Retrouver les angles d'une valeur

Donne tous les angles x[0;2π[x\in[0;2\pi[ vérifiant l'égalité proposée.

  1. a)

    sinx=12\sin x=-\dfrac12

    On repère le signe (donc les deux quadrants) puis l'angle de référence.

    \blacktriangleright sinx=12\sin x=-\dfrac12 : sin<0\sin<0 (quadrants III, IV), référence π6\dfrac{\pi}{6}. Donc x=π+π6=7π6x=\pi+\dfrac{\pi}{6}=\dfrac{7\pi}{6} ou x=2ππ6=11π6x=2\pi-\dfrac{\pi}{6}=\dfrac{11\pi}{6}.

  2. b)

    cosx=32\cos x=\dfrac{\sqrt3}{2}

    \blacktriangleright cosx=32\cos x=\dfrac{\sqrt3}{2} : cos>0\cos>0 (quadrants I, IV), référence π6\dfrac{\pi}{6}. Donc x=π6x=\dfrac{\pi}{6} ou x=2ππ6=11π6x=2\pi-\dfrac{\pi}{6}=\dfrac{11\pi}{6}.

  3. c)

    tgx=1\tg x=1

    \blacktriangleright tgx=1\tg x=1 : tg>0\tg>0 (quadrants I, III), référence π4\dfrac{\pi}{4}. Donc x=π4x=\dfrac{\pi}{4} ou x=π+π4=5π4x=\pi+\dfrac{\pi}{4}=\dfrac{5\pi}{4}.

Exercice 13Fiche d'identité d'un angle

Pour chaque angle, donne (i) sa mesure en radians, (ii) son quadrant, (iii) le signe de cos\cos et celui de sin\sin.

  1. a)

    160160^{\circ}

    \blacktriangleright 160=160π180=8π9160^{\circ}=\dfrac{160\pi}{180}=\dfrac{8\pi}{9} ; quadrant II ; cos<0\cos<0, sin>0\sin>0.

  2. b)

    225225^{\circ}

    \blacktriangleright 225=225π180=5π4225^{\circ}=\dfrac{225\pi}{180}=\dfrac{5\pi}{4} ; quadrant III ; cos<0\cos<0, sin<0\sin<0.

  3. c)

    315315^{\circ}

    \blacktriangleright 315=315π180=7π4315^{\circ}=\dfrac{315\pi}{180}=\dfrac{7\pi}{4} ; quadrant IV ; cos>0\cos>0, sin<0\sin<0.

  4. d)

    100100^{\circ}

    \blacktriangleright 100=100π180=5π9100^{\circ}=\dfrac{100\pi}{180}=\dfrac{5\pi}{9} ; quadrant II ; cos<0\cos<0, sin>0\sin>0.

Exercice 14Vrai ou Faux (bis)

Justifie brièvement chaque réponse.

  1. a)

    cos(30)=32\cos(-30^{\circ})=\dfrac{\sqrt3}{2}.

    \blacktriangleright Vrai : 30330-30^{\circ}\equiv330^{\circ} (quadrant IV, cos>0\cos>0), référence 3030^{\circ}, donc cos(30)=cos30=32\cos(-30^{\circ})=\cos30^{\circ}=\dfrac{\sqrt3}{2}.

  2. b)

    sin210=sin30\sin 210^{\circ}=\sin 30^{\circ}.

    \blacktriangleright Faux : 210210^{\circ} est au quadrant III, sin210=12\sin210^{\circ}=-\dfrac12, alors que sin30=+12\sin30^{\circ}=+\dfrac12.

  3. c)

    tg135=1\tg 135^{\circ}=-1.

    \blacktriangleright Vrai : 135135^{\circ} est au quadrant II (tg<0\tg<0), référence 4545^{\circ}, donc tg135=tg45=1\tg135^{\circ}=-\tg45^{\circ}=-1.

  4. d)

    7π4\dfrac{7\pi}{4} et π4-\dfrac{\pi}{4} pointent vers le même point du cercle.

    \blacktriangleright Vrai : π4+2π=7π4-\dfrac{\pi}{4}+2\pi=\dfrac{7\pi}{4}, même point.

  5. e)

    cos480=cos120\cos 480^{\circ}=\cos 120^{\circ}.

    \blacktriangleright Vrai : 480360=120480^{\circ}-360^{\circ}=120^{\circ}, donc cos480=cos120\cos480^{\circ}=\cos120^{\circ}.

Exercice 15Des coordonnées vers l'angle

Le point MM du cercle trigonométrique a pour coordonnées (12 ; 32)\left(-\dfrac12\,;\,\dfrac{\sqrt3}{2}\right).

  1. a)

    Dans quel quadrant se trouve MM ?

    \blacktriangleright Abscisse cosα=12<0\cos\alpha=-\dfrac12<0 et ordonnée sinα=32>0\sin\alpha=\dfrac{\sqrt3}{2}>0 : quadrant II.

  2. b)

    Quelle est la mesure α[0;2π[\alpha\in[0;2\pi[ de son angle ?

    \blacktriangleright Référence : l'angle dont le cosinus vaut 12\dfrac12 et le sinus 32\dfrac{\sqrt3}{2} est 6060^{\circ}. Au quadrant II : α=18060=120=2π3\alpha=180^{\circ}-60^{\circ}=120^{\circ}=\dfrac{2\pi}{3}.

  3. c)

    Déduis-en la valeur exacte de tgα\tg\alpha.

    \blacktriangleright tgα=sinαcosα=3/21/2=3\tg\alpha=\dfrac{\sin\alpha}{\cos\alpha}=\dfrac{\sqrt3/2}{-1/2}=-\sqrt3.

Difficile13 exercices
Exercice 1Le grand angle négatif

On pose α=25π6\alpha=-\dfrac{25\pi}{6}.

  1. a)

    Ramène α\alpha à un angle β[0;2π[\beta\in[0;2\pi[ ayant les mêmes nombres trigonométriques.

    \blacktriangleright On ajoute des tours entiers (2π=12π62\pi=\frac{12\pi}{6}) jusqu'à tomber dans [0;2π[[0;2\pi[ :

    25π6+3×2π=25π6+36π6=11π6=β.-\frac{25\pi}{6}+3\times 2\pi=-\frac{25\pi}{6}+\frac{36\pi}{6}=\frac{11\pi}{6}=\beta.
  2. b)

    Convertis β\beta en degrés et précise son quadrant.

    \blacktriangleright β=11π6×180π=11×1806=330\beta=\dfrac{11\pi}{6}\times\dfrac{180}{\pi}=\dfrac{11\times180}{6}=330^{\circ} : c'est le quadrant IV.

  3. c)

    Déduis le signe de cosβ\cos\beta, sinβ\sin\beta et tgβ\tg\beta.

    \blacktriangleright Au quadrant IV : cosβ>0\cos\beta>0, sinβ<0\sin\beta<0, tgβ<0\tg\beta<0.

  4. d)

    Donne l'angle de référence, puis les valeurs exactes de cosα\cos\alpha, sinα\sin\alpha et tgα\tg\alpha.

    \blacktriangleright Référence 360330=30360^{\circ}-330^{\circ}=30^{\circ}. Comme α\alpha et β\beta ont les mêmes nombres trigonométriques :

    cosα=+cos30=32,sinα=sin30=12,tgα=tg30=33.\cos\alpha=+\cos30^{\circ}=\frac{\sqrt3}{2},\quad \sin\alpha=-\sin30^{\circ}=-\frac12,\quad \tg\alpha=-\tg30^{\circ}=-\frac{\sqrt3}{3}.
Exercice 2Mise en situation : la grande roue

Une nacelle d'une grande roue est repérée par un point MM sur un cercle de rayon 11 (unité : dizaines de mètres), de centre OO. Au départ, MM est à l'extrême droite (angle 00). La roue tourne dans le sens trigonométrique.

  1. a)

    La roue tourne de 210210^{\circ}. Exprime cet angle en radians.

    \blacktriangleright 210=210×π180=7π6210^{\circ}=210\times\dfrac{\pi}{180}=\dfrac{7\pi}{6}.

  2. b)

    Dans quel quadrant se trouve alors MM ? Sa hauteur (ordonnée) est-elle positive ou négative ?

    \blacktriangleright 210210^{\circ} est entre 180180^{\circ} et 270270^{\circ} : quadrant III. L'ordonnée y=siny=\sin y est négative (la nacelle est en bas).

  3. c)

    Donne les coordonnées exactes (x ; y)(x\,;\,y) de MM.

    \blacktriangleright Référence 210180=30210^{\circ}-180^{\circ}=30^{\circ}, avec cos<0\cos<0 et sin<0\sin<0 :

    M=(cos210;sin210)=(32;12).M=\bigl(\cos210^{\circ}\,;\,\sin210^{\circ}\bigr)=\left(-\frac{\sqrt3}{2}\,;\,-\frac12\right).
  4. d)

    La roue continue et fait au total 34\dfrac{3}{4} de tour de plus (depuis la position de la question a, soit 210+270210^{\circ}+270^{\circ}). Donne le nouvel angle ramené dans [0;360[[0^{\circ};360^{\circ}[ et les nouvelles coordonnées de MM.

    \blacktriangleright Total 210+270=480210^{\circ}+270^{\circ}=480^{\circ}, ramené : 480360=120480^{\circ}-360^{\circ}=120^{\circ}. 120120^{\circ} est au quadrant II (cos<0, sin>0\cos<0,\ \sin>0), référence 6060^{\circ} :

    M=(cos120;sin120)=(12;32).M=\bigl(\cos120^{\circ}\,;\,\sin120^{\circ}\bigr)=\left(-\frac12\,;\,\frac{\sqrt3}{2}\right).
Exercice 3Retrouver un angle à partir d'une valeur

Dans tout l'exercice, on cherche des angles dans [0;2π[[0;2\pi[.

  1. a)

    Détermine tous les angles x[0;2π[x\in[0;2\pi[ tels que cosx=12\cos x=-\dfrac12.

    \blacktriangleright cosx=12\cos x=-\dfrac12 : valeur négative \Rightarrow quadrants II et III (référence 60=π360^{\circ}=\frac{\pi}{3}). Donc x=ππ3=2π3x=\pi-\dfrac{\pi}{3}=\dfrac{2\pi}{3} ou x=π+π3=4π3x=\pi+\dfrac{\pi}{3}=\dfrac{4\pi}{3}.

  2. b)

    Détermine tous les angles x[0;2π[x\in[0;2\pi[ tels que sinx=22\sin x=\dfrac{\sqrt2}{2}.

    \blacktriangleright sinx=22\sin x=\dfrac{\sqrt2}{2} : valeur positive \Rightarrow quadrants I et II (référence 45=π445^{\circ}=\frac{\pi}{4}). Donc x=π4x=\dfrac{\pi}{4} ou x=ππ4=3π4x=\pi-\dfrac{\pi}{4}=\dfrac{3\pi}{4}.

  3. c)

    Existe-t-il un angle tel que cosx=32\cos x=\dfrac32 ? Justifie.

    \blacktriangleright Non : le cosinus est toujours compris entre 1-1 et 11, or 32>1\dfrac32>1. Aucune solution.

  4. d)

    Place sur un cercle trigonométrique les solutions trouvées en (a) et (b).

    \blacktriangleright Placement des quatre solutions :

Exercice 4Le très grand angle positif

On pose α=101π6\alpha=\dfrac{101\pi}{6}.

  1. a)

    Ramène α\alpha à un angle β[0;2π[\beta\in[0;2\pi[ ayant les mêmes nombres trigonométriques.

    \blacktriangleright On retire des tours entiers (2π=12π62\pi=\frac{12\pi}{6}) :

    101π68×2π=101π696π6=5π6=β.\frac{101\pi}{6}-8\times2\pi=\frac{101\pi}{6}-\frac{96\pi}{6}=\frac{5\pi}{6}=\beta.
  2. b)

    Convertis β\beta en degrés et précise son quadrant.

    \blacktriangleright β=5π6×180π=5×1806=150\beta=\dfrac{5\pi}{6}\times\dfrac{180}{\pi}=\dfrac{5\times180}{6}=150^{\circ} : c'est le quadrant II.

  3. c)

    Donne le signe de cosβ\cos\beta, sinβ\sin\beta et tgβ\tg\beta.

    \blacktriangleright Au quadrant II : cosβ<0\cos\beta<0, sinβ>0\sin\beta>0, tgβ<0\tg\beta<0.

  4. d)

    À l'aide de l'angle de référence, donne les valeurs exactes de cosα\cos\alpha, sinα\sin\alpha et tgα\tg\alpha.

    \blacktriangleright Référence 180150=30180^{\circ}-150^{\circ}=30^{\circ}. Comme α\alpha et β\beta ont les mêmes nombres trigonométriques :

    cosα=cos30=32,sinα=+sin30=12,tgα=tg30=33.\cos\alpha=-\cos30^{\circ}=-\frac{\sqrt3}{2},\quad \sin\alpha=+\sin30^{\circ}=\frac12,\quad \tg\alpha=-\tg30^{\circ}=-\frac{\sqrt3}{3}.
  5. e)

    Donne enfin les coordonnées exactes du point du cercle associé à α\alpha.

    \blacktriangleright Coordonnées : (32 ; 12)\left(-\dfrac{\sqrt3}{2}\,;\,\dfrac12\right).

Exercice 5Mise en situation : l'aiguille des minutes

L'extrémité de l'aiguille des minutes d'une horloge décrit un cercle de rayon 11, de centre OO. À 00 min (midi) elle pointe vers le haut, c'est-à-dire à l'angle π2\dfrac{\pi}{2}. Attention : une horloge tourne dans le sens des aiguilles (sens négatif).

On note θ(t)\theta(t) l'angle (mesuré dans le sens trigonométrique usuel) de l'aiguille après tt minutes.

  1. a)

    Sachant qu'en tt minutes l'aiguille tourne de 66^{\circ} par minute dans le sens négatif, exprime θ(t)\theta(t) en degrés en fonction de tt.

    \blacktriangleright On part de 9090^{\circ} et on retranche 66^{\circ} par minute : θ(t)=906t\theta(t)=90^{\circ}-6t (en degrés).

  2. b)

    Où pointe l'aiguille à t=15t=15 minutes ? Donne l'angle et les coordonnées du point.

    \blacktriangleright θ(15)=9090=0\theta(15)=90^{\circ}-90^{\circ}=0^{\circ} : l'aiguille pointe vers la droite, au point (1 ; 0)(1\,;\,0).

  3. c)

    Même question à t=20t=20 minutes (ramène l'angle dans [0;360[[0^{\circ};360^{\circ}[).

    \blacktriangleright θ(20)=90120=30330\theta(20)=90^{\circ}-120^{\circ}=-30^{\circ}\equiv330^{\circ} (quadrant IV, référence 3030^{\circ}) :

    M=(cos330;sin330)=(32;12).M=\bigl(\cos330^{\circ}\,;\,\sin330^{\circ}\bigr)=\left(\frac{\sqrt3}{2}\,;\,-\frac12\right).
  4. d)

    Même question à t=40t=40 minutes.

    \blacktriangleright θ(40)=90240=150210\theta(40)=90^{\circ}-240^{\circ}=-150^{\circ}\equiv210^{\circ} (quadrant III, référence 3030^{\circ}) :

    M=(cos210;sin210)=(32;12).M=\bigl(\cos210^{\circ}\,;\,\sin210^{\circ}\bigr)=\left(-\frac{\sqrt3}{2}\,;\,-\frac12\right).
Exercice 6Solutions générales et fenêtre

On cherche cette fois toutes les solutions réelles (pas seulement dans un tour).

  1. a)

    Donne toutes les solutions réelles de cosx=22\cos x=-\dfrac{\sqrt2}{2}, sous la forme x=+2kπx=\ldots+2k\pi, kZk\in\mathbb{Z}.

    \blacktriangleright cosx=22\cos x=-\dfrac{\sqrt2}{2} : cos<0\cos<0 (quadrants II, III), référence π4\dfrac{\pi}{4}. Donc

    x=3π4+2kπoux=5π4+2kπ,kZ.x=\frac{3\pi}{4}+2k\pi\quad\text{ou}\quad x=\frac{5\pi}{4}+2k\pi,\qquad k\in\mathbb{Z}.
  2. b)

    Donne toutes les solutions réelles de sinx=32\sin x=-\dfrac{\sqrt3}{2}.

    \blacktriangleright sinx=32\sin x=-\dfrac{\sqrt3}{2} : sin<0\sin<0 (quadrants III, IV), référence π3\dfrac{\pi}{3}. Donc

    x=4π3+2kπoux=5π3+2kπ,kZ.x=\frac{4\pi}{3}+2k\pi\quad\text{ou}\quad x=\frac{5\pi}{3}+2k\pi,\qquad k\in\mathbb{Z}.
  3. c)

    Donne toutes les solutions réelles de tgx=3\tg x=-\sqrt3 (les solutions se répètent tous les π\pi).

    \blacktriangleright tgx=3\tg x=-\sqrt3 : référence π3\dfrac{\pi}{3}, et la tangente est π\pi-périodique. Donc x=π3+kπx=-\dfrac{\pi}{3}+k\pi, soit x=2π3+kπx=\dfrac{2\pi}{3}+k\pi, kZk\in\mathbb{Z}.

  4. d)

    Parmi les solutions de la question (a), lesquelles appartiennent à [0;4π[[0;4\pi[ ?

    \blacktriangleright On prend k=0k=0 puis k=1k=1 dans (a) : 3π4\dfrac{3\pi}{4}, 5π4\dfrac{5\pi}{4}, 3π4+2π=11π4\dfrac{3\pi}{4}+2\pi=\dfrac{11\pi}{4} et 5π4+2π=13π4\dfrac{5\pi}{4}+2\pi=\dfrac{13\pi}{4}. Ces quatre valeurs sont dans [0;4π[[0;4\pi[.

Exercice 7Lire des inégalités sur le cercle

Toutes les inconnues xx sont cherchées dans [0;2π[[0;2\pi[.

  1. a)

    Détermine l'ensemble des xx tels que cosx12\cos x\geq\dfrac12.

    \blacktriangleright cosx=12\cos x=\dfrac12 en π3\dfrac{\pi}{3} et 5π3\dfrac{5\pi}{3} ; le cosinus (abscisse) est 12\geq\dfrac12 autour de 00 : x[0;π3][5π3;2π[x\in\left[0;\dfrac{\pi}{3}\right]\cup\left[\dfrac{5\pi}{3};2\pi\right[.

  2. b)

    Détermine l'ensemble des xx tels que sinx<12\sin x<-\dfrac12.

    \blacktriangleright sinx=12\sin x=-\dfrac12 en 7π6\dfrac{7\pi}{6} et 11π6\dfrac{11\pi}{6} ; le sinus (ordonnée) est <12<-\dfrac12 entre les deux : x]7π6;11π6[x\in\left]\dfrac{7\pi}{6};\dfrac{11\pi}{6}\right[.

  3. c)

    Détermine l'ensemble des xx tels que tgx>0\tg x>0.

    \blacktriangleright tgx>0\tg x>0 aux quadrants I et III (là où sin\sin et cos\cos ont même signe) : x]0;π2[]π;3π2[x\in\left]0;\dfrac{\pi}{2}\right[\cup\left]\pi;\dfrac{3\pi}{2}\right[.

  4. d)

    Illustre la réponse à la question (a) par un arc hachuré sur le cercle.

    \blacktriangleright Arc hachuré (abscisse 12\geq\frac12, à droite de la droite verticale cos=12\cos=\frac12) :

Exercice 8Deux angles pour un même cosinus

On sait que cosα=12\cos\alpha=-\dfrac12 et que α[0;2π[\alpha\in[0;2\pi[.

  1. a)

    Combien de valeurs de α\alpha sont possibles ? Justifie par le cercle.

    \blacktriangleright La droite verticale cos=12\cos=-\dfrac12 coupe le cercle en deux points : il y a donc 22 valeurs.

  2. b)

    Donne-les explicitement.

    \blacktriangleright cos<0\cos<0 (quadrants II, III), référence π3\dfrac{\pi}{3} : α=2π3\alpha=\dfrac{2\pi}{3} ou α=4π3\alpha=\dfrac{4\pi}{3}.

  3. c)

    Pour chacune, précise le quadrant et la valeur exacte de sinα\sin\alpha.

    \blacktriangleright 2π3\dfrac{2\pi}{3} : quadrant II, sinα=+32\sin\alpha=+\dfrac{\sqrt3}{2}. 4π3\dfrac{4\pi}{3} : quadrant III, sinα=32\sin\alpha=-\dfrac{\sqrt3}{2}.

  4. d)

    Laquelle vérifie de plus tgα>0\tg\alpha>0 ?

    \blacktriangleright tgα>0\tg\alpha>0 au quadrant III : c'est α=4π3\alpha=\dfrac{4\pi}{3}.

Exercice 9Un point qui saute de quart en quart

Un point MM du cercle a pour angle α(t)=π6+tπ2\alpha(t)=\dfrac{\pi}{6}+t\cdot\dfrac{\pi}{2}, où tNt\in\mathbb{N} compte les quarts de tour effectués.

  1. a)

    Donne l'angle (ramené dans [0;2π[[0;2\pi[) et le quadrant de MM pour t=0,1,2,3t=0,1,2,3.

    \blacktriangleright t=0t=0 : π6\dfrac{\pi}{6} (Q I). t=1t=1 : π6+π2=2π3\dfrac{\pi}{6}+\dfrac{\pi}{2}=\dfrac{2\pi}{3} (Q II). t=2t=2 : π6+π=7π6\dfrac{\pi}{6}+\pi=\dfrac{7\pi}{6} (Q III). t=3t=3 : π6+3π2=5π3\dfrac{\pi}{6}+\dfrac{3\pi}{2}=\dfrac{5\pi}{3} (Q IV).

  2. b)

    Donne les coordonnées exactes de MM pour ces quatre valeurs.

    \blacktriangleright Coordonnées : π6(32;12)\dfrac{\pi}{6}\!\to\!\left(\dfrac{\sqrt3}{2};\dfrac12\right), 2π3(12;32)\dfrac{2\pi}{3}\!\to\!\left(-\dfrac12;\dfrac{\sqrt3}{2}\right), 7π6(32;12)\dfrac{7\pi}{6}\!\to\!\left(-\dfrac{\sqrt3}{2};-\dfrac12\right), 5π3(12;32)\dfrac{5\pi}{3}\!\to\!\left(\dfrac12;-\dfrac{\sqrt3}{2}\right).

  3. c)

    Que vaut α(4)\alpha(4) ? Que constate-t-on ?

    \blacktriangleright α(4)=π6+2ππ6\alpha(4)=\dfrac{\pi}{6}+2\pi\equiv\dfrac{\pi}{6} : on est revenu au point de départ (un tour complet).

  4. d)

    Quel est le plus petit t>0t>0 pour lequel MM se trouve dans le quadrant III ?

    \blacktriangleright MM est au quadrant III pour t=2t=2 (7π6\dfrac{7\pi}{6}), c'est le plus petit t>0t>0.

Exercice 10Le radian, un nombre comme un autre

On rappelle π3,14\pi\approx3{,}14, π21,57\dfrac{\pi}{2}\approx1{,}57, 3π24,71\dfrac{3\pi}{2}\approx4{,}71 et 2π6,282\pi\approx6{,}28.

  1. a)

    Convertis 11 radian en degrés (valeur approchée à 0,10{,}1^{\circ} près).

    \blacktriangleright 1 rad=1×180π1803,1457,31\ \text{rad}=1\times\dfrac{180}{\pi}\approx\dfrac{180}{3{,}14}\approx57{,}3^{\circ}.

  2. b)

    Dans quel quadrant se trouvent les angles de 11 rad, 33 rad et 55 rad ?

    \blacktriangleright 1<π21,571<\dfrac{\pi}{2}\approx1{,}57 : Q I. π2<3<π3,14\dfrac{\pi}{2}<3<\pi\approx3{,}14 : Q II. 3π24,71<5<2π6,28\dfrac{3\pi}{2}\approx4{,}71<5<2\pi\approx6{,}28 : Q IV.

  3. c)

    Déduis-en, sans calculatrice, le signe de cos(1)\cos(1), cos(3)\cos(3) et cos(5)\cos(5).

    \blacktriangleright Signe du cosinus (abscisse) selon le quadrant : cos(1)>0\cos(1)>0 (Q I), cos(3)<0\cos(3)<0 (Q II), cos(5)>0\cos(5)>0 (Q IV).

Exercice 11Jeux de symétries sur le cercle

Le point AA correspond à l'angle 4040^{\circ}. On construit : BB le symétrique de AA par rapport à l'axe des ordonnées (yy), CC le symétrique de AA par rapport à l'origine OO, DD le symétrique de AA par rapport à l'axe des abscisses (xx).

  1. a)

    Donne la mesure dans [0;360[[0^{\circ};360^{\circ}[ des angles de BB, CC et DD.

    \blacktriangleright BB (symétrie/axe yy) : 18040=140180^{\circ}-40^{\circ}=140^{\circ}. CC (symétrie/origine) : 40+180=22040^{\circ}+180^{\circ}=220^{\circ}. DD (symétrie/axe xx) : 40320-40^{\circ}\equiv320^{\circ}.

  2. b)

    Exprime les coordonnées de BB, CC et DD en fonction de cos40\cos40^{\circ} et sin40\sin40^{\circ}.

    \blacktriangleright A=(cos40 ; sin40)A=(\cos40^{\circ}\,;\,\sin40^{\circ}), donc B=(cos40 ; sin40)B=(-\cos40^{\circ}\,;\,\sin40^{\circ}), C=(cos40 ; sin40)C=(-\cos40^{\circ}\,;\,-\sin40^{\circ}), D=(cos40 ; sin40)D=(\cos40^{\circ}\,;\,-\sin40^{\circ}).

  3. c)

    Que peut-on dire des cosinus de AA et de DD ? Des sinus de AA et de BB ?

    \blacktriangleright AA et DD ont le même cosinus (cos320=cos40\cos320^{\circ}=\cos40^{\circ}) ; AA et BB ont le même sinus (sin140=sin40\sin140^{\circ}=\sin40^{\circ}).

Exercice 12Quand cosinus et sinus s'égalent

On cherche les angles x[0;2π[x\in[0;2\pi[ pour lesquels le point associé vérifie cosx=sinx\lvert\cos x\rvert=\lvert\sin x\rvert.

  1. a)

    Explique pourquoi ces points sont exactement sur les deux « diagonales » du cercle, et donne les quatre valeurs de xx.

    \blacktriangleright cosx=sinx\lvert\cos x\rvert=\lvert\sin x\rvert signifie que le point est à égale distance des deux axes : ce sont les points des deux bissectrices (diagonales). Les quatre angles sont π4\dfrac{\pi}{4}, 3π4\dfrac{3\pi}{4}, 5π4\dfrac{5\pi}{4}, 7π4\dfrac{7\pi}{4}.

  2. b)

    Parmi elles, lesquelles vérifient cosx=sinx\cos x=\sin x ?

    \blacktriangleright cosx=sinx\cos x=\sin x (même signe) : π4\dfrac{\pi}{4} et 5π4\dfrac{5\pi}{4}.

  3. c)

    Lesquelles vérifient cosx=sinx\cos x=-\sin x ?

    \blacktriangleright cosx=sinx\cos x=-\sin x (signes opposés) : 3π4\dfrac{3\pi}{4} et 7π4\dfrac{7\pi}{4}.

  4. d)

    Donne la valeur de tgx\tg x pour chacune des quatre solutions.

    \blacktriangleright tgπ4=1\tg\dfrac{\pi}{4}=1, tg3π4=1\tg\dfrac{3\pi}{4}=-1, tg5π4=1\tg\dfrac{5\pi}{4}=1, tg7π4=1\tg\dfrac{7\pi}{4}=-1.

Exercice 13Mise en situation : les nacelles d'une grande roue

Une grande roue possède 88 nacelles régulièrement réparties sur un cercle de rayon 11, numérotées de 00 à 77 dans le sens trigonométrique ; la nacelle 00 est au point (1 ; 0)(1\,;\,0).

  1. a)

    Quel angle (en radians) sépare deux nacelles consécutives ?

    \blacktriangleright Un tour complet 2π2\pi partagé en 88 : 2π8=π4\dfrac{2\pi}{8}=\dfrac{\pi}{4} (soit 4545^{\circ}).

  2. b)

    Donne l'angle des nacelles 33 et 55 (en radians et en degrés).

    \blacktriangleright Nacelle kk à l'angle kπ4k\cdot\dfrac{\pi}{4}. Nacelle 33 : 3π4=135\dfrac{3\pi}{4}=135^{\circ} ; nacelle 55 : 5π4=225\dfrac{5\pi}{4}=225^{\circ}.

  3. c)

    Donne les coordonnées exactes des nacelles 22 et 66.

    \blacktriangleright Nacelle 22 : π2(0 ; 1)\dfrac{\pi}{2}\to(0\,;\,1) ; nacelle 66 : 3π2(0 ; 1)\dfrac{3\pi}{2}\to(0\,;\,-1).

  4. d)

    Quelle nacelle occupe le point le plus haut de la roue ?

    \blacktriangleright Le point le plus haut est (0 ; 1)(0\,;\,1), c'est-à-dire l'angle π2\dfrac{\pi}{2} : la nacelle 22.