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mathématiques expertes (terminale) · Chapitre 2 · Application directe du cours

Problème — Une similitude et une spirale de points

Applications à l'algèbre et la géométrie · niveau 2

Énoncé

Problème — Une similitude et une spirale de points.

Le plan complexe est rapporté à un repère orthonormé direct . On considère la transformation qui, au point d'affixe , associe le point d'affixe :

On définit ensuite la suite de points par et pour tout .

  • Déterminer la nature de , son centre , son rapport et son angle.
  • Calculer , et .
  • Démontrer par récurrence que, pour tout :

  • En déduire la distance , puis la limite de la suite . Qu'en conclut-on pour les points ?
  • Déterminer les entiers pour lesquels appartient à l'axe des réels.

Corrigé

  • Posons et , de sorte que avec et . Le point fixe vérifie , soit . Or , donc :

En soustrayant de , on obtient . Calculons le module et un argument de :

La transformation est la similitude directe de centre , de rapport et d'angle .

  • Calculons pas à pas :

(on a utilisé , d'où ).

  • Initialisation : pour , . Hérédité : supposons pour un certain . Alors :

(on a remplacé par , égalité établie à la question 1). La formule est donc vraie au rang . Par récurrence, pour tout . Contrôle : pour , , d'où , conforme au calcul direct.

  • La relation précédente donne , d'où :

C'est une suite géométrique de raison : elle converge vers . Les points se rapprochent donc indéfiniment du centre , en tournant à chaque étape d'un angle de autour de lui : ils décrivent une spirale qui s'enroule autour de .

  • Écrivons , de sorte que :

Le facteur étant strictement positif, est sur l'axe des réels si et seulement si , c'est-à-dire , soit . Les points cherchés sont donc : ceux dont l'indice est un multiple de . On vérifie sur : , d'où , qui est bien réel.

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