Problème — Une somme de cosinus par la voie complexe
Exercice de TD · niveau 3 (difficile) · mathématiques expertes (terminale), chapitre 1 — Nombres Complexes
Énoncé
Problème — Une somme de cosinus par la voie complexe.
Soit et soit un réel tel que . On pose :
- Montrer que .
- Justifier que, pour tout complexe , , et en déduire une expression de .
- À l'aide de la factorisation par l'angle moitié , montrer que :
- En déduire des expressions de et de .
- Applications : calculer pour , puis pour , et vérifier directement.
- Que vaut lorsque ? Pourquoi la formule obtenue ne s'applique-t-elle pas ?
Corrigé
- Pour tout entier , . En sommant pour de à , et en regroupant d'un côté les parties réelles, de l'autre les parties imaginaires :
- Les règles de calcul de étant celles de , le télescopage habituel vaut encore :
Comme , on divise par . Ici , et précisément parce que . Donc :
- Appliquons l'identité au numérateur (avec ) puis au dénominateur (avec ) :
et l'exposant se simplifie en . Le dénominateur n'est pas nul : signifie .
- Le facteur est un réel (éventuellement négatif). En développant et en identifiant :
- Pour et : , et , donc :
car . Vérification directe :
Pour et : , et , donc :
Vérification directe : .
- Si , alors et pour tout , donc et . La formule ne s'applique pas parce que la somme géométrique de raison ne se calcule plus par — ce qui se lit aussi sur le résultat final, dont le dénominateur s'annule.
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Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.