📘 Fiche de cours
L'essentiel du cours
1. Formes d'un nombre complexe
- Forme algébrique : $z = a + ib$ avec $a, b \in \mathbb{R}$.
- Module : $|z| = \sqrt{a^2 + b^2}$. Propriétés : $|z \cdot z'| = |z| \cdot |z'|$ et $|\frac{z}{z'}| = \frac{|z|}{|z'|}$.
- Argument : $\arg(z) \equiv \theta \pmod{2\pi}$ tel que $\cos \theta = \frac{a}{|z|}$ et $\sin \theta = \frac{b}{|z|}$.
- Forme trigonométrique : $z = r(\cos \theta + i\sin \theta)$ avec $r = |z|$.
- Forme exponentielle : $z = re^{i\theta}$.
2. Équations du second degré dans $\mathbb{C}$
Pour $az^2 + bz + c = 0$ ($a, b, c \in \mathbb{R}$ et $a \neq 0$) :
- Calcul de $\Delta = b^2 - 4ac$.
- Si $\Delta > 0$ : deux racines réelles $z_1 = \frac{-b-\sqrt{\Delta}}{2a}$ et $z_2 = \frac{-b+\sqrt{\Delta}}{2a}$.
- Si $\Delta = 0$ : une racine réelle double $z_0 = -\frac{b}{2a}$.
- Si $\Delta < 0$ : deux racines complexes conjuguées $z_1 = \frac{-b-i\sqrt{-\Delta}}{2a}$ et $z_2 = \bar{z_1} = \frac{-b+i\sqrt{-\Delta}}{2a}$.
3. Géométrie et transformations
- Distance $AB$ : $AB = |z_B - z_A|$.
- Angle $(\vec{u}, \vec{AB})$ : $\arg(z_B - z_A) \pmod{2\pi}$.
- Translation de vecteur $\vec{u}$ (affixe $b$) : $z' = z + b$.
- Rotation de centre $\Omega(\omega)$ et d'angle $\theta$ : $z' - \omega = e^{i\theta}(z - \omega)$.
4. Formules de Moivre et d'Euler
- Moivre : $(\cos \theta + i\sin \theta)^n = \cos(n\theta) + i\sin(n\theta)$.
- Euler : $\cos \theta = \frac{e^{i\theta} + e^{-i\theta}}{2}$ et $\sin \theta = \frac{e^{i\theta} - e^{-i\theta}}{2i}$.
Méthodes à maîtriser
- Passer de la forme algébrique à la forme exponentielle en calculant d'abord le module.
- Utiliser le conjugué pour rendre réel le dénominateur d'une fraction : $\frac{1}{z} = \frac{\bar{z}}{|z|^2}$.
- Montrer qu'un triangle est équilatéral en vérifiant que $\frac{z_C - z_A}{z_B - z_A} = e^{\pm i\pi/3}$.
- Déterminer l'ensemble des points $M(z)$ tel que $|z - z_A| = R$ (cercle) ou $|z - z_A| = |z - z_B|$ (médiatrice).
Exemples corrigés
- Exemple 1 : Soit $z = 1 + i\sqrt{3}$. Module $|z| = \sqrt{1^2 + (\sqrt{3})^2} = 2$. Argument : $\cos \theta = 1/2, \sin \theta = \sqrt{3}/2 \Rightarrow \theta = \pi/3$. Forme exponentielle : $z = 2e^{i\pi/3}$.
- Exemple 2 : Calculer $(1+i)^8$. On a $1+i = \sqrt{2}e^{i\pi/4}$. Donc $(1+i)^8 = (\sqrt{2})^8 e^{i8\pi/4} = 16 e^{i2\pi} = 16(1) = 16$.
Erreurs fréquentes
- Confondre $\arg(z)$ et $\tan \theta = b/a$ sans vérifier le signe de $a$.
- Oublier le $i$ au dénominateur dans la formule d'Euler pour le sinus.
- Écrire $\sqrt{\Delta}$ quand $\Delta < 0$ (il faut écrire $i\sqrt{-\Delta}$).
- Penser que $|z+z'| = |z| + |z'|$ (c'est faux, c'est l'inégalité triangulaire $|z+z'| \leq |z| + |z'|$).