mathématiques expertes (terminale) · Chapitre 2 · Exercice de TD
Problème — Le pentagone régulier et la valeur exacte de
Applications à l'algèbre et la géométrie · niveau 3 (difficile)
Énoncé
Problème — Le pentagone régulier et la valeur exacte de .
On pose , puis :
- Démontrer que .
- Démontrer que et . En déduire que et sont réels, et les exprimer à l'aide de cosinus.
- Calculer et . En déduire une équation du second degré dont et sont les solutions.
- Résoudre cette équation et, en comparant les signes, identifier et .
- En déduire les valeurs exactes de et , puis celle de .
- Donner les coordonnées exactes des cinq sommets du pentagone régulier inscrit dans le cercle unité dont l'un des sommets est le point d'affixe .
Corrigé
- Les nombres sont exactement les cinq éléments de . Comme , la somme des termes de cette suite géométrique vaut :
car .
- Puisque , on a , donc . Or , donc : ainsi . Le même argument appliqué à (de module ) donne . Par conséquent :
Ces deux nombres sont bien réels.
- La question 1 donne immédiatement :
Pour le produit, développons en utilisant (donc et ) :
Deux nombres de somme et de produit sont les solutions de , c'est-à-dire :
- Le discriminant vaut , d'où les deux solutions réelles :
Il reste à savoir laquelle est . Comme , on a , donc ; et comme , on a . Donc :
- De et on tire :
Pour le sinus, comme est dans , on a et :
(numériquement , ce qui est cohérent avec ).
- Les sommets sont les images des cinq éléments de , c'est-à-dire des nombres pour . Les deux derniers s'obtiennent par conjugaison : et , donc ils ont la même partie réelle que et et des parties imaginaires opposées. Les coordonnées exactes sont donc :
où le calcul de se mène comme celui de :
C'est ce calcul qui rend le pentagone régulier constructible à la règle et au compas : le nombre n'est autre que l'inverse du nombre d'or .
100 % gratuit
Essaie le suivant avec le tuteur
- L'exercice suivant avec le tuteur, sans compte : il guide pas à pas, sans donner la réponse
- 14 autres exercices corrigés dans ce chapitre
- Le podcast et la vidéo du chapitre : 2 minutes d'écoute sans compte
Sans compte : le cours, 2 minutes de podcast et de vidéo et un exercice avec le tuteur. Pour tout le reste : inscription gratuite en 30 secondes, sans carte bancaire.