QCM : Formulaire de trigonométrie circulaire — 19 questions

Questions et réponses du QCM

1. Sur le cercle trigonométrique, quelle coordonnée du point MM représente cosx\cos x ?

Son ordonnée
La longueur orientée AH\overline{AH}
Son abscisse
L’angle orienté entre les deux axes

Son abscisse

Explication

Le cosinus de xx est défini comme l’abscisse du point MM. L’ordonnée correspond au sinus, tandis que AH\overline{AH} représente la tangente.

2. Sur le cercle trigonométrique, quelle grandeur représente sinx\sin x ?

L’abscisse du point MM
Le quotient de l’abscisse par l’ordonnée
L’ordonnée du point MM
La longueur orientée AH\overline{AH}

L’ordonnée du point $$M$$

Explication

Le sinus de xx est l’ordonnée du point MM. L’abscisse est associée au cosinus et la longueur orientée AH\overline{AH} à la tangente.

3. Quelle expression définit la tangente de l’angle xx dans la configuration géométrique considérée ?

L’abscisse du point MM
Le produit des coordonnées de MM
La longueur orientée AH\overline{AH}
L’ordonnée du point MM

La longueur orientée $$\overline{AH}$$

Explication

La tangente de xx est la longueur orientée AH\overline{AH} dans cette configuration. L’abscisse et l’ordonnée du point MM définissent respectivement le cosinus et le sinus.

4. À quels angles en radians correspondent, dans l’ordre, les valeurs usuelles 00^\circ, 3030^\circ, 4545^\circ, 6060^\circ et 9090^\circ ?

0, π3, π2, π6, π40,\ \frac{\pi}{3},\ \frac{\pi}{2},\ \frac{\pi}{6},\ \frac{\pi}{4}
π6, 0, π3, π4, π2\frac{\pi}{6},\ 0,\ \frac{\pi}{3},\ \frac{\pi}{4},\ \frac{\pi}{2}
0, π4, π6, π2, π30,\ \frac{\pi}{4},\ \frac{\pi}{6},\ \frac{\pi}{2},\ \frac{\pi}{3}
0, π6, π4, π3, π20,\ \frac{\pi}{6},\ \frac{\pi}{4},\ \frac{\pi}{3},\ \frac{\pi}{2}

$$0,\ \frac{\pi}{6},\ \frac{\pi}{4},\ \frac{\pi}{3},\ \frac{\pi}{2}$$

Explication

La conversion suit l’ordre 000^\circ\to0, 30π630^\circ\to\frac{\pi}{6}, 45π445^\circ\to\frac{\pi}{4}, 60π360^\circ\to\frac{\pi}{3} et 90π290^\circ\to\frac{\pi}{2}. Les autres suites permutent plusieurs correspondances.

5. Quelle identité trigonométrique est valable pour tout réel xx ?

1+tan2x=1cos2x1+\tan^2 x=\frac{1}{\cos^2 x}
cos2x+sin2x=1\cos^2 x+\sin^2 x=1
tanx=sinxcosx\tan x=\frac{\sin x}{\cos x}
1+\cotan2x=1sin2x1+\cotan^2 x=\frac{1}{\sin^2 x}

$$\cos^2 x+\sin^2 x=1$$

Explication

L’identité cos2x+sin2x=1\cos^2 x+\sin^2 x=1 est valable pour tout réel xx. Les relations faisant intervenir la tangente ou la cotangente nécessitent des conditions d’existence liées aux dénominateurs.

6. Quelles sont les périodes respectives du cosinus, du sinus, de la tangente et de la cotangente ?

π, π, 2π, 2π\pi,\ \pi,\ 2\pi,\ 2\pi
π, 2π, π, 2π\pi,\ 2\pi,\ \pi,\ 2\pi
2π, π, 2π, π2\pi,\ \pi,\ 2\pi,\ \pi
2π, 2π, π, π2\pi,\ 2\pi,\ \pi,\ \pi

$$2\pi,\ 2\pi,\ \pi,\ \pi$$

Explication

Le cosinus et le sinus ont pour période 2π2\pi, alors que la tangente et la cotangente ont pour période π\pi. Les autres propositions échangent ou mélangent ces deux groupes de fonctions.

7. Quelle formule donne le sinus d’une somme a+ba+b ?

sin(a+b)=sinacosb+sinbcosa\sin(a+b)=\sin a\cos b+\sin b\cos a
sin(a+b)=sina+sinb1sinasinb\sin(a+b)=\frac{\sin a+\sin b}{1-\sin a\sin b}
sin(a+b)=sinacosbsinbcosa\sin(a+b)=\sin a\cos b-\sin b\cos a
sin(a+b)=cosacosb+sinasinb\sin(a+b)=\cos a\cos b+\sin a\sin b

$$\sin(a+b)=\sin a\cos b+\sin b\cos a$$

Explication

La formule d’addition du sinus associe une somme des deux produits croisés, soit sinacosb+sinbcosa\sin a\cos b+\sin b\cos a. Le signe moins correspond à la formule du sinus d’une différence.

8. Quelle relation décrit correctement le cosinus d’une différence aba-b ?

cos(ab)=sinacosbsinbcosa\cos(a-b)=\sin a\cos b-\sin b\cos a
cos(ab)=cosacosb+sinasinb\cos(a-b)=\cos a\cos b+\sin a\sin b
cos(ab)=cosacosb1+cosacosb\cos(a-b)=\frac{\cos a-\cos b}{1+\cos a\cos b}
cos(ab)=cosacosbsinasinb\cos(a-b)=\cos a\cos b-\sin a\sin b

$$\cos(a-b)=\cos a\cos b+\sin a\sin b$$

Explication

Pour une différence, le cosinus est la somme des produits cosacosb\cos a\cos b et sinasinb\sin a\sin b. Le signe moins dans le second produit appartient à la formule du cosinus d’une somme.

9. Quelle formule exprime la duplication de l’angle dans sin(2a)\sin(2a) ?

sin(2a)=sin2acos2a\sin(2a)=\sin^2a-\cos^2a
sin(2a)=sina+sina\sin(2a)=\sin a+\sin a
sin(2a)=sinacosa\sin(2a)=\sin a\cos a
sin(2a)=2sinacosa\sin(2a)=2\sin a\cos a

$$\sin(2a)=2\sin a\cos a$$

Explication

La formule de duplication du sinus est sin(2a)=2sinacosa\sin(2a)=2\sin a\cos a. Elle concerne l’angle doublé 2a2a et ne se réduit pas à un simple produit sans facteur 22.

10. Quelle identité linéarise le produit sinasinb\sin a\sin b ?

2cos(ab)cos(a+b)2\cos(a-b)\cos(a+b)
sin(a+b)+sin(ab)2\frac{\sin(a+b)+\sin(a-b)}{2}
cos(ab)cos(a+b)2\frac{\cos(a-b)-\cos(a+b)}{2}
cos(ab)+cos(a+b)2\frac{\cos(a-b)+\cos(a+b)}{2}

$$\frac{\cos(a-b)-\cos(a+b)}{2}$$

Explication

Le produit sinasinb\sin a\sin b se transforme en la différence des cosinus des angles aba-b et a+ba+b, divisée par 22. La somme des deux cosinus correspond plutôt à la linéarisation de cosacosb\cos a\cos b.

11. Quelle factorisation correspond à la somme sinp+sinq\sin p+\sin q ?

2sinp+q2cospq22\sin\frac{p+q}{2}\cos\frac{p-q}{2}
2sinpq2cosp+q22\sin\frac{p-q}{2}\cos\frac{p+q}{2}
2cosp+q2cospq22\cos\frac{p+q}{2}\cos\frac{p-q}{2}
2sinp+q2sinpq2-2\sin\frac{p+q}{2}\sin\frac{p-q}{2}

$$2\sin\frac{p+q}{2}\cos\frac{p-q}{2}$$

Explication

La somme de deux sinus se factorise en 2sinp+q2cospq22\sin\frac{p+q}{2}\cos\frac{p-q}{2}. L’expression 2sinpq2cosp+q22\sin\frac{p-q}{2}\cos\frac{p+q}{2} factorise une différence de sinus, et non leur somme.

12. En posant t=tan(x2)t=\tan\left(\frac{x}{2}\right), quelle expression représente sinx\sin x ?

2t1+t2\frac{2t}{1+t^2}
1+t22t\frac{1+t^2}{2t}
2t1t2\frac{2t}{1-t^2}
1t21+t2\frac{1-t^2}{1+t^2}

$$\frac{2t}{1+t^2}$$

Explication

La substitution d’angle moitié donne sinx=2t1+t2\sin x=\frac{2t}{1+t^2} lorsque t=tan(x2)t=\tan\left(\frac{x}{2}\right). L’expression 2t1t2\frac{2t}{1-t^2} correspond à tanx\tan x, tandis que 1t21+t2\frac{1-t^2}{1+t^2} correspond à cosx\cos x.

13. Quelle formule relie 1cosx1-\cos x à une fonction trigonométrique de x2\frac{x}{2} ?

1cosx=sin2x1-\cos x=\sin^2x
1cosx=2cos2x21-\cos x=2\cos^2\frac{x}{2}
1cosx=2sin2x21-\cos x=2\sin^2\frac{x}{2}
1cosx=2sinx2cosx21-\cos x=2\sin\frac{x}{2}\cos\frac{x}{2}

$$1-\cos x=2\sin^2\frac{x}{2}$$

Explication

La formule d’angle moitié associe le signe moins à 2sin2x22\sin^2\frac{x}{2}. Le signe plus, dans 1+cosx1+\cos x, est celui qui s’associe à 2cos2x22\cos^2\frac{x}{2}.

14. Quelles sont les solutions générales de l’équation cosx=cosa\cos x=\cos a ?

x=2a+2kπx=2a+2k\pi ou x=2a+2kπx=-2a+2k\pi, avec kZk\in\mathbb{Z}
x=a+2kπx=a+2k\pi ou x=πa+2kπx=\pi-a+2k\pi, avec kZk\in\mathbb{Z}
x=a+kπx=a+k\pi ou x=a+kπx=-a+k\pi, avec kZk\in\mathbb{Z}
x=a+2kπx=a+2k\pi ou x=a+2kπx=-a+2k\pi, avec kZk\in\mathbb{Z}

$$x=a+2k\pi$$ ou $$x=-a+2k\pi$$, avec $$k\in\mathbb{Z}$$

Explication

Deux angles ont le même cosinus lorsqu’ils sont opposés modulo 2π2\pi, d’où x=a+2kπx=a+2k\pi ou x=a+2kπx=-a+2k\pi. La forme πa\pi-a appartient à la résolution d’une équation de sinus et ne convient pas ici.

15. Pour résoudre cosx=cos(π3)\cos x=\cos\left(\frac{\pi}{3}\right) dans [0,2π][0,2\pi], quelles valeurs faut-il retenir ?

x=π3x=\frac{\pi}{3} et x=2π3x=\frac{2\pi}{3}
x=2π3x=\frac{2\pi}{3} et x=4π3x=\frac{4\pi}{3}
x=π3x=\frac{\pi}{3} et x=5π3x=\frac{5\pi}{3}
x=4π3x=\frac{4\pi}{3} et x=5π3x=\frac{5\pi}{3}

$$x=\frac{\pi}{3}$$ et $$x=\frac{5\pi}{3}$$

Explication

La règle donne x=π3+2kπx=\frac{\pi}{3}+2k\pi ou x=π3+2kπx=-\frac{\pi}{3}+2k\pi; dans l’intervalle considéré, cela fournit π3\frac{\pi}{3} et 5π3\frac{5\pi}{3}. La valeur 2π3\frac{2\pi}{3} possède un cosinus opposé à celui de π3\frac{\pi}{3}.

16. Quelle expression représente l’exponentielle complexe eixe^{ix} pour tout réel xx ?

sinx+icosx\sin x+i\cos x
cosx+isinx\cos x+i\sin x
cosxisinx\cos x-i\sin x
ex(cosx+isinx)e^x(\cos x+i\sin x)

$$\cos x+i\sin x$$

Explication

La formule d’Euler combine le cosinus et le sinus sous la forme eix=cosx+isinxe^{ix}=\cos x+i\sin x. L’expression avec le signe moins correspond à eixe^{-ix}, et non à eixe^{ix}.

17. Si deux nombres complexes sont écrits sous la forme exponentielle, quelle règle permet de calculer eixeiy\frac{e^{ix}}{e^{iy}} ?

ei(x+y)e^{i(x+y)}
ei(yx)e^{i(y-x)}
ei(xy)e^{i(x-y)}
ei(xy)e^{i(xy)}

$$e^{i(x-y)}$$

Explication

Le quotient de deux exponentielles complexes soustrait leurs arguments, donc eixeiy=ei(xy)\frac{e^{ix}}{e^{iy}}=e^{i(x-y)}. L’addition des arguments concerne le produit eixeiye^{ix}e^{iy}.

18. Quelle formule permet d’exprimer le sinus réel sinx\sin x à l’aide des exponentielles complexes associées à xx ?

eixeix2i\frac{e^{ix}-e^{-ix}}{2i}
eix+eix2i\frac{e^{ix}+e^{-ix}}{2i}
eix+eix2\frac{e^{ix}+e^{-ix}}{2}
eixeix2\frac{e^{ix}-e^{-ix}}{2}

$$\frac{e^{ix}-e^{-ix}}{2i}$$

Explication

La formule d’Euler pour le sinus est sinx=eixeix2i\sin x=\frac{e^{ix}-e^{-ix}}{2i}. La somme divisée par 22 donne le cosinus, tandis que les deux autres expressions utilisent un mauvais signe ou un mauvais facteur.

19. Pour calculer une puissance entière de eixe^{ix}, quelle expression fournit la formule de Moivre ?

(eix)n=ei(x+n)(e^{ix})^n=e^{i(x+n)}
(eix)n=eix+n(e^{ix})^n=e^{ix+n}
(eix)n=eixn(e^{ix})^n=e^{ix^n}
(eix)n=einx(e^{ix})^n=e^{inx}

$$(e^{ix})^n=e^{inx}$$

Explication

La formule de Moivre transforme la puissance en multiplication de l’angle par l’exposant : (eix)n=einx(e^{ix})^n=e^{inx}. Les autres expressions ajoutent ou élèvent l’angle au lieu de le multiplier par nn.

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Qu'est-ce que le cosinus de x dans un cercle trigonométrique ?

L'abscisse du point M.

Qu'est-ce que le sinus de x dans un cercle trigonométrique ?

L'ordonnée du point M.

Qu'est-ce que la tangente de x dans un cercle trigonométrique ?

La longueur orientée AH\overline{AH}.

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