Angles orientés et trigonométrie
Objectifs pédagogiques
- Déterminer la mesure principale d'un angle orienté
- Utiliser les formules d'addition et de duplication
- Résoudre des équations trigonométriques
- Appliquer les propriétés des angles inscrits
Situation d'apprentissage
Des élèves de Man chargés d'aménager l'espace pour une kermesse veulent placer des stands autour d'un arbre (point P) et d'une boutique (point B). Ils donnent des instructions en degrés (45° à gauche, 60° à droite...). Des élèves de Terminale leur suggèrent d'utiliser les angles orientés pour plus de précision. La classe décide d'étudier les angles orientés et la trigonométrie.
Le cours
1. Mesure d'un angle orienté\n\nL'angle orienté $$(\\vec{u}, \\vec{v})$$ a pour mesures :\n$$\\theta + 2k\\pi$$, k ∈ ℤ, où θ est une mesure en radians.\n\nLa mesure principale est celle dans ]-π, π].\n\n## 2. Propriétés des mesures\n\n1. $$(\\vec{u}, \\vec{v}) = -(\\vec{v}, \\vec{u})$$\n2. $$(k\\vec{u}, \\vec{v}) = \\begin{cases} (\\vec{u}, \\vec{v}) & \\text{si } k>0 \\\\ (\\vec{u}, \\vec{v})+\\pi & \\text{si } k<0 \\end{cases}$$\n3. Relation de Chasles : $$(\\vec{u}, \\vec{v}) + (\\vec{v}, \\vec{w}) = (\\vec{u}, \\vec{w})$$\n\n## 3. Cercle trigonométrique\n\nCercle de rayon 1, centre O.\nÀ tout réel x, on associe le point M tel que $$(\\overrightarrow{OI}, \\overrightarrow{OM}) = x$$.\n\nCos x = abscisse de M\nSin x = ordonnée de M\nTan x = sin x / cos x (si cos x ≠ 0)\n\n## 4. Formules fondamentales\n\n1. $$\\cos^2 x + \\sin^2 x = 1$$\n2. $$\\tan x = \\frac{\\sin x}{\\cos x}$$, $$1+\\tan^2 x = \\frac{1}{\\cos^2 x}$$\n\n## 5. Formules d'addition\n\n$$\\cos(a+b) = \\cos a \\cos b - \\sin a \\sin b$$\n$$\\cos(a-b) = \\cos a \\cos b + \\sin a \\sin b$$\n$$\\sin(a+b) = \\sin a \\cos b + \\cos a \\sin b$$\n$$\\sin(a-b) = \\sin a \\cos b - \\cos a \\sin b$$\n\n## 6. Formules de duplication\n\n$$\\cos 2a = \\cos^2 a - \\sin^2 a = 2\\cos^2 a - 1 = 1 - 2\\sin^2 a$$\n$$\\sin 2a = 2 \\sin a \\cos a$$\n$$\\tan 2a = \\frac{2\\tan a}{1-\\tan^2 a}$$\n\n## 7. Équations trigonométriques\n\n1. $$\\cos x = \\cos a$$ ⇔ $$x = a + 2k\\pi$$ ou $$x = -a + 2k\\pi$$\n2. $$\\sin x = \\sin a$$ ⇔ $$x = a + 2k\\pi$$ ou $$x = \\pi - a + 2k\\pi$$\n3. $$\\tan x = \\tan a$$ ⇔ $$x = a + k\\pi$$\n\n## 8. Application à la kermesse\n\nConversion degrés → radians :\n- 45° = π/4 rad\n- 60° = π/3 rad\n- 90° = π/2 rad\n- 75° = 5π/12 rad\n\nLes instructions deviennent :\n- E : angle = -π/4 (à gauche = sens négatif)\n- F : angle = π/3\n- G : angle = -π/2\n- H : angle = -5π/12\n\nPlus précis que "à gauche/de droite" qui dépend de l'orientation.
Points clés à retenir
- Mesure principale ∈ ]-π, π]
- cos²x + sin²x = 1 (identité fondamentale)
- Formules d'addition : cos(a±b), sin(a±b)
- cos2a = 2cos²a-1 = 1-2sin²a = cos²a-sin²a
- cos x = cos a ⇔ x = ±a + 2kπ
- sin x = sin a ⇔ x = a+2kπ ou π-a+2kπ
Quiz d'auto-évaluation
La mesure principale de 5π/2 est :
- 5π/2
- π/2
- -π/2
- π
Réponse
π/2
cos(a+b) =
- cos a cos b + sin a sin b
- cos a cos b - sin a sin b
- sin a cos b + cos a sin b
- sin a cos b - cos a sin b
Réponse
cos a cos b - sin a sin b
cos x = 1/2 a pour solutions :
- x = π/3 + 2kπ
- x = ±π/3 + 2kπ
- x = π/6 + 2kπ
- x = π/3 + kπ
Réponse
x = ±π/3 + 2kπ
cos²x - sin²x =
- cos 2x
- sin 2x
- 1
- tan 2x
Réponse
cos 2x
Vidéos pour approfondir
Ouvrir dans l'application (suivi de progression, quiz interactifs)