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Nombres complexes : équations paramétrées et applications géométriques — Exercices 64 à 67

Nombres complexes : équations paramétrées et applications géométriques — Exercices 64 à 67

Correction détaillée — 2e Bac Sciences Mathématiques

Chapitre : Nombres complexes | Partie : équations paramétrées, module et géométrie complexe

Les exercices 64 à 67 demandent de traiter des équations dont les coefficients peuvent dépendre d’un angle ou faire intervenir le module de l’inconnue. L’objectif est de choisir une représentation qui rende visibles les conditions du calcul. Une expression paramétrée peut cesser d’être du second degré pour une valeur particulière : ce cas doit être examiné avant d’utiliser la formule des racines.

Les premières questions combinent discriminant, identités trigonométriques et recherche d’une solution imaginaire pure. La fin de la série exploite les solutions comme affixes de points : angles orientés, triangle équilatéral, milieux et cocyclicité. Chaque interprétation géométrique repose sur des conditions précises, notamment la distinction des points et la non-nullité des dénominateurs. La série permet ainsi de travailler le lien entre une identité algébrique, la forme exponentielle d’un complexe et la configuration du plan qu’elle décrit.

Repères de cours — Paramètres, module et géométrie complexe

La formule de résolution de \(az^2+bz+c=0\) exige \(a\ne0\). Lorsque \(a\) dépend d’un paramètre, les valeurs qui l’annulent sont étudiées séparément dans l’équation initiale. Sur \(]-\pi/2;\pi/2[\), \(\cos\theta>0\) ; en revanche, \(\tan\theta=0\) pour \(\theta=0\).

Pour \(z=x+iy\), avec \(x,y\in\mathbb R\), on a \(z^2=x^2-y^2+2ixy\) et \(|z|^2=x^2+y^2\). Le module est toujours un réel positif ou nul. Une équation comportant simultanément \(z^2\) et \(|z|^2\) ne se traite donc pas comme un polynôme ordinaire en \(z\).

Le milieu de \([AB]\) a pour affixe \((a+b)/2\). Pour quatre points distincts d’affixes \(a,b,c,d\), un quotient croisé réel caractérise une configuration cocyclique ou alignée : l’alignement doit être exclu avant de conclure à l’existence d’un cercle. Les quotients doivent être définis, et les angles orientés sont lus modulo \(2\pi\).

Exercice 64

Objectif et méthode — Exercice 64

Repérer les coefficients qui peuvent s’annuler avant toute division. Dans la troisième équation, traiter \(\theta=0\) dans l’équation initiale, puis travailler avec \(\tan\theta\ne0\). Une racine carrée du discriminant peut être choisie avec un signe quelconque : les deux signes de la formule finale donnent le même ensemble de solutions.

Énoncé

Soit \(\theta\) un réel de l’intervalle :

\[ \left]-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2}\right[. \]

Résoudre dans \(\mathbb C\) les équations suivantes :

\[ (E_1):\ 2z^2-2(1+\cos\theta)z+1+\cos\theta=0 \] \[ (E_2):\ z^2\cos^2\theta-2z\cos^2\theta+1=0 \] \[ (E_3):\ z^2\tan^2\theta-2z\tan^3\theta+1+\tan^4\theta=0 \] \[ (E_4):\ z^2-2ze^{i\theta}+2i\sin(\theta)e^{i\theta}=0 \]
Afficher la correctionMasquer la correction
Équation \((E_1)\)

On considère :

\[ 2z^2-2(1+\cos\theta)z+1+\cos\theta=0. \]

On pose :

\[ c=\cos\theta \qquad\text{et}\qquad s=\sin\theta. \]

Le discriminant est :

\[ \Delta=\left[-2(1+c)\right]^2-4\times2\times(1+c). \]

Donc :

\[ \Delta=4(1+c)^2-8(1+c). \]

On factorise :

\[ \Delta=4(1+c)(1+c-2)=4(1+c)(c-1). \]

Ainsi :

\[ \Delta=-4(1+c)(1-c). \]

Or :

\[ (1+c)(1-c)=1-c^2=s^2. \]

Donc :

\[ \Delta=-4s^2. \]

Une racine carrée de \(\Delta\) est :

\[ \delta=2is. \]

Les solutions sont alors :

\[ z=\frac{2(1+c)\pm2is}{4}. \]

Donc :

\[ z=\frac{1+\cos\theta\pm i\sin\theta}{2}. \]
\[ \boxed{ S_1= \left\{ \frac{1+\cos\theta+i\sin\theta}{2},\ \frac{1+\cos\theta-i\sin\theta}{2} \right\} } \]
Équation \((E_2)\)

On considère :

\[ z^2\cos^2\theta-2z\cos^2\theta+1=0. \]

Comme :

\[ \theta\in\left]-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2}\right[, \]

on a :

\[ \cos\theta>0. \]

Donc \(\cos\theta\ne0\), et l’équation est bien du second degré.

Le discriminant est :

\[ \Delta=(-2\cos^2\theta)^2-4\cos^2\theta. \]

Donc :

\[ \Delta=4\cos^4\theta-4\cos^2\theta. \]

On factorise :

\[ \Delta=4\cos^2\theta(\cos^2\theta-1). \]

Or :

\[ \cos^2\theta-1=-\sin^2\theta. \]

Donc :

\[ \Delta=-4\cos^2\theta\sin^2\theta. \]

Une racine carrée de \(\Delta\) est :

\[ \delta=2i\cos\theta\sin\theta. \]

Les solutions sont :

\[ z= \frac{2\cos^2\theta\pm2i\cos\theta\sin\theta}{2\cos^2\theta}. \]

Comme \(\cos\theta\ne0\), on simplifie :

\[ z=1\pm i\tan\theta. \]
\[ \boxed{ S_2=\{\,1+i\tan\theta,\ 1-i\tan\theta\,\} } \]
Équation \((E_3)\)

On considère :

\[ z^2\tan^2\theta-2z\tan^3\theta+1+\tan^4\theta=0. \]

On pose :

\[ t=\tan\theta. \]

L’équation devient :

\[ t^2z^2-2t^3z+1+t^4=0. \]

Si \(t=0\), c’est-à-dire \(\theta=0\), l’équation devient :

\[ 1=0. \]

Elle n’a donc aucune solution dans ce cas.

On suppose maintenant :

\[ t\ne0. \]

Le discriminant est :

\[ \Delta=(-2t^3)^2-4t^2(1+t^4). \]

Donc :

\[ \Delta=4t^6-4t^2-4t^6=-4t^2. \]

Une racine carrée de \(\Delta\) est :

\[ \delta=2it. \]

Les solutions sont :

\[ z=\frac{2t^3\pm2it}{2t^2}. \]

Comme \(t\ne0\), on obtient :

\[ z=t\pm\frac{i}{t}. \]

En revenant à \(\theta\), cela donne :

\[ z=\tan\theta\pm\frac{i}{\tan\theta}. \]
\[ \boxed{ \theta=0:\ S_3=\varnothing } \] \[ \boxed{ \theta\ne0:\ S_3= \left\{ \tan\theta+\frac{i}{\tan\theta},\ \tan\theta-\frac{i}{\tan\theta} \right\} } \]
Équation \((E_4)\)

On considère :

\[ z^2-2ze^{i\theta}+2i\sin(\theta)e^{i\theta}=0. \]

Le discriminant est :

\[ \Delta=(-2e^{i\theta})^2-4\times1\times2i\sin\theta\,e^{i\theta}. \]

Donc :

\[ \Delta=4e^{2i\theta}-8i\sin\theta\,e^{i\theta}. \]

On factorise :

\[ \Delta=4e^{i\theta}\left(e^{i\theta}-2i\sin\theta\right). \]

Or :

\[ e^{i\theta}=\cos\theta+i\sin\theta. \]

Donc :

\[ e^{i\theta}-2i\sin\theta = \cos\theta-i\sin\theta = e^{-i\theta}. \]

Ainsi :

\[ \Delta=4e^{i\theta}e^{-i\theta}=4. \]

Une racine carrée de \(\Delta\) est :

\[ \delta=2. \]

Les solutions sont :

\[ z=\frac{2e^{i\theta}\pm2}{2}. \]

Donc :

\[ z=e^{i\theta}+1 \quad\text{ou}\quad z=e^{i\theta}-1. \]
\[ \boxed{ S_4=\{\,e^{i\theta}+1,\ e^{i\theta}-1\,\} } \]

Exercice 65

Objectif et méthode — Exercice 65

Remplacer l’inconnue par \(iy\), avec \(y\) réel, et identifier les deux parties de l’égalité. Vérifier le candidat dans l’équation complète. La somme des racines d’une équation monique permet ensuite de retrouver l’autre racine, mais cette propriété doit être appliquée aux coefficients de l’équation initiale.

Énoncé

On considère dans \(\mathbb C\) l’équation \((E)\) suivante :

\[ z^2-\left[4+(1+\sqrt2)i\right]z+4\sqrt2\,i-\sqrt2=0. \]

1) Montrer que \((E)\) admet une solution imaginaire pure qu’on déterminera.

2) En déduire l’autre solution de l’équation \((E)\).

Afficher la correctionMasquer la correction
1) Recherche d’une solution imaginaire pure

On note :

\[ P(z)=z^2-\left[4+(1+\sqrt2)i\right]z+4\sqrt2\,i-\sqrt2. \]

Une solution imaginaire pure s’écrit :

\[ z=iy \qquad(y\in\mathbb R). \]

On remplace \(z\) par \(iy\) :

\[ P(iy)=(iy)^2-\left[4+(1+\sqrt2)i\right]iy+4\sqrt2\,i-\sqrt2. \]

On calcule :

\[ (iy)^2=-y^2. \]

Et :

\[ \left[4+(1+\sqrt2)i\right]iy = 4iy+(1+\sqrt2)i^2y = 4iy-(1+\sqrt2)y. \]

Donc :

\[ P(iy) = -y^2-4iy+(1+\sqrt2)y+4\sqrt2\,i-\sqrt2. \]

On regroupe la partie réelle et la partie imaginaire :

\[ P(iy) = \left[-y^2+(1+\sqrt2)y-\sqrt2\right] +i\left[-4y+4\sqrt2\right]. \]

Pour avoir \(P(iy)=0\), il faut en particulier :

\[ -4y+4\sqrt2=0. \]

Donc :

\[ y=\sqrt2. \]

On vérifie alors la partie réelle :

\[ -(\sqrt2)^2+(1+\sqrt2)\sqrt2-\sqrt2 = -2+\sqrt2+2-\sqrt2=0. \]

Donc :

\[ z_0=i\sqrt2. \]
\[ \boxed{z_0=i\sqrt2} \]
2) Détermination de l’autre solution

Dans une équation du second degré :

\[ z^2-Sz+P=0, \]

la somme des deux solutions est \(S\).

Ici, la somme des deux solutions est :

\[ 4+(1+\sqrt2)i. \]

Comme une solution est :

\[ z_0=i\sqrt2, \]

l’autre solution \(z_1\) vérifie :

\[ z_0+z_1=4+(1+\sqrt2)i. \]

Donc :

\[ z_1=4+(1+\sqrt2)i-i\sqrt2. \]

Ainsi :

\[ z_1=4+i. \]
\[ \boxed{S=\{\,i\sqrt2,\ 4+i\,\}} \]

Exercice 66

Objectif et méthode — Exercice 66

Écrire \(z=x+iy\) avant de remplacer \(z^2\) et \(|z|^2\). La partie imaginaire conduit à une distinction de cas sur \(x\) et \(y\) ; chaque cas doit ensuite satisfaire la partie réelle. Pour chaque complexe trouvé, utiliser un module positif et choisir un angle dont le sinus et le cosinus ont les bons signes.

Énoncé

Résoudre dans \(\mathbb C\) l’équation :

\[ 4z^2+8|z^2|-3=0. \]

Puis écrire les solutions sous forme trigonométrique.

Afficher la correctionMasquer la correction
Résolution de l’équation

On pose :

\[ z=x+iy \qquad(x,y\in\mathbb R). \]

Alors :

\[ z^2=(x+iy)^2=x^2-y^2+2ixy. \]

De plus :

\[ |z^2|=|z|^2=x^2+y^2. \]

L’équation devient :

\[ 4(x^2-y^2+2ixy)+8(x^2+y^2)-3=0. \]

On développe :

\[ 12x^2+4y^2-3+8ixy=0. \]

Donc :

\[ \begin{cases} 12x^2+4y^2-3=0,\\ 8xy=0. \end{cases} \]

La deuxième équation donne :

\[ xy=0. \]

Il y a donc deux cas.

Premier cas : \(y=0\)

La première équation devient :

\[ 12x^2-3=0. \]

Donc :

\[ x^2=\frac14. \]

Ainsi :

\[ x=\frac12 \quad\text{ou}\quad x=-\frac12. \]

On obtient :

\[ z=\frac12 \quad\text{ou}\quad z=-\frac12. \]
Deuxième cas : \(x=0\)

La première équation devient :

\[ 4y^2-3=0. \]

Donc :

\[ y^2=\frac34. \]

Ainsi :

\[ y=\frac{\sqrt3}{2} \quad\text{ou}\quad y=-\frac{\sqrt3}{2}. \]

On obtient :

\[ z=\frac{\sqrt3}{2}i \quad\text{ou}\quad z=-\frac{\sqrt3}{2}i. \]
\[ \boxed{ S= \left\{ \frac12,\ -\frac12,\ \frac{\sqrt3}{2}i,\ -\frac{\sqrt3}{2}i \right\} } \]
Forme trigonométrique des solutions

Pour \(z=\dfrac12\), le module est \(\dfrac12\) et un argument est \(0\). Donc :

\[ \frac12= \frac12(\cos0+i\sin0). \]

Pour \(z=-\dfrac12\), le module est \(\dfrac12\) et un argument est \(\pi\). Donc :

\[ -\frac12= \frac12(\cos\pi+i\sin\pi). \]

Pour \(z=\dfrac{\sqrt3}{2}i\), le module est \(\dfrac{\sqrt3}{2}\) et un argument est \(\dfrac{\pi}{2}\). Donc :

\[ \frac{\sqrt3}{2}i = \frac{\sqrt3}{2} \left(\cos\frac{\pi}{2}+i\sin\frac{\pi}{2}\right). \]

Pour \(z=-\dfrac{\sqrt3}{2}i\), le module est \(\dfrac{\sqrt3}{2}\) et un argument est \(-\dfrac{\pi}{2}\). Donc :

\[ -\frac{\sqrt3}{2}i = \frac{\sqrt3}{2} \left(\cos\left(-\frac{\pi}{2}\right)+i\sin\left(-\frac{\pi}{2}\right)\right). \]

Exercice 67

Objectif et méthode — Exercice 67

Commencer par la racine réelle indépendante du paramètre, puis factoriser le polynôme. Pour l’angle, utiliser les différences d’affixes des vecteurs ; les identités portant sur \(1+e^{i\theta}\) simplifient le quotient. Pour la cocyclicité, calculer le quotient demandé, vérifier les dénominateurs, puis exclure l’alignement : ici \(A\) et \(O\) sont sur l’axe réel tandis que \(\operatorname{Im}(z_E)=\sin\theta>0\) sur \(]0;\pi[\).

Énoncé

On considère dans \(\mathbb C\) l’équation \((E)\) suivante :

\[ (E):\ z^3+(4\cos\theta-2)z^2+(4-8\cos\theta)z-8=0 \]

où \(\theta\) est un réel de l’intervalle :

\[ ]0;\pi[. \]

1) a) Résoudre l’équation \((E)\) sachant qu’elle admet une solution réelle indépendante de \(\theta\).

b) Écrire les solutions de l’équation \((E)\) sous forme exponentielle.

2) On considère dans le plan complexe muni d’un repère orthonormé direct, les points suivants :

\[ A(2),\qquad B(-2e^{-i\theta}),\qquad C(-2e^{i\theta}). \]

a) Déterminer une mesure de l’angle :

\[ \left(\overrightarrow{AB};\overrightarrow{AC}\right). \]

b) Déterminer la valeur de \(\theta\) pour laquelle \(ABC\) est un triangle équilatéral direct.

c) Déterminer \(z_E\) et \(z_F\), affixes des points \(E\) et \(F\) respectivement, milieux des segments \([AB]\) et \([AC]\).

d) Montrer que :

\[ \frac{z_E}{z_F}\times\frac{z_F-z_A}{z_E-z_A}\in\mathbb R \]

et en déduire que les points \(A\), \(O\), \(E\) et \(F\) sont cocycliques.

Afficher la correctionMasquer la correction
1) a) Résolution de l’équation

On note :

\[ P(z)=z^3+(4\cos\theta-2)z^2+(4-8\cos\theta)z-8. \]

L’énoncé indique qu’il existe une solution réelle indépendante de \(\theta\). On teste naturellement :

\[ z=2. \]

On calcule :

\[ P(2)=8+(4\cos\theta-2)\times4+(4-8\cos\theta)\times2-8. \]

Donc :

\[ P(2)=8+16\cos\theta-8+8-16\cos\theta-8=0. \]

Ainsi :

\[ z=2 \]

est une solution de l’équation \((E)\).

Donc \(P(z)\) est divisible par :

\[ z-2. \]

On cherche une factorisation sous la forme :

\[ P(z)=(z-2)(z^2+bz+c). \]

En développant :

\[ (z-2)(z^2+bz+c) = z^3+(b-2)z^2+(c-2b)z-2c. \]

On identifie avec \(P(z)\). On obtient :

\[ b-2=4\cos\theta-2. \]

Donc :

\[ b=4\cos\theta. \]

Et :

\[ -2c=-8. \]

Donc :

\[ c=4. \]

Ainsi :

\[ P(z)=(z-2)(z^2+4\cos\theta\,z+4). \]

L’équation \((E)\) devient :

\[ (z-2)(z^2+4\cos\theta\,z+4)=0. \]

Donc :

\[ z=2 \]

ou :

\[ z^2+4\cos\theta\,z+4=0. \]

Pour le second facteur, le discriminant est :

\[ \Delta=(4\cos\theta)^2-16. \]

Donc :

\[ \Delta=16\cos^2\theta-16 = -16\sin^2\theta. \]

Comme :

\[ \theta\in]0;\pi[, \]

on a :

\[ \sin\theta>0. \]

Une racine carrée de \(\Delta\) est donc :

\[ \delta=4i\sin\theta. \]

Les deux solutions du second facteur sont :

\[ z=\frac{-4\cos\theta\pm4i\sin\theta}{2}. \]

Donc :

\[ z=-2\cos\theta\pm2i\sin\theta. \]

On obtient alors :

\[ z=-2e^{-i\theta} \quad\text{ou}\quad z=-2e^{i\theta}. \]
\[ \boxed{ S=\{\,2,\ -2e^{-i\theta},\ -2e^{i\theta}\,\} } \]
1) b) Forme exponentielle des solutions

La première solution s’écrit :

\[ 2=2e^{i0}. \]

Ensuite :

\[ -2e^{-i\theta} = 2e^{i\pi}e^{-i\theta} = 2e^{i(\pi-\theta)}. \]

Enfin :

\[ -2e^{i\theta} = 2e^{i\pi}e^{i\theta} = 2e^{i(\pi+\theta)}. \]
\[ \boxed{ 2e^{i0},\qquad 2e^{i(\pi-\theta)},\qquad 2e^{i(\pi+\theta)} } \]
2) a) Calcul de l’angle \(\left(\overrightarrow{AB};\overrightarrow{AC}\right)\)

Les affixes des points sont :

\[ z_A=2,\qquad z_B=-2e^{-i\theta},\qquad z_C=-2e^{i\theta}. \]

L’affixe du vecteur \(\overrightarrow{AB}\) est :

\[ z_B-z_A=-2e^{-i\theta}-2=-2(1+e^{-i\theta}). \]

Or :

\[ 1+e^{-i\theta} = 2\cos\frac{\theta}{2}\,e^{-i\frac{\theta}{2}}. \]

Donc :

\[ z_B-z_A = -4\cos\frac{\theta}{2}\,e^{-i\frac{\theta}{2}}. \]

De même :

\[ z_C-z_A=-2e^{i\theta}-2=-2(1+e^{i\theta}). \]

Or :

\[ 1+e^{i\theta} = 2\cos\frac{\theta}{2}\,e^{i\frac{\theta}{2}}. \]

Donc :

\[ z_C-z_A = -4\cos\frac{\theta}{2}\,e^{i\frac{\theta}{2}}. \]

Comme \(\theta\in]0;\pi[\), on a :

\[ \cos\frac{\theta}{2}>0. \]

On calcule alors :

\[ \frac{z_C-z_A}{z_B-z_A} = \frac{-4\cos\frac{\theta}{2}e^{i\frac{\theta}{2}}} {-4\cos\frac{\theta}{2}e^{-i\frac{\theta}{2}}}. \]

Donc :

\[ \frac{z_C-z_A}{z_B-z_A}=e^{i\theta}. \]

Une mesure de l’angle \(\left(\overrightarrow{AB};\overrightarrow{AC}\right)\) est donc :

\[ \arg(e^{i\theta})=\theta\ [2\pi]. \]
\[ \boxed{ \left(\overrightarrow{AB};\overrightarrow{AC}\right)=\theta\ [2\pi] } \]
2) b) Cas du triangle équilatéral direct

On remarque d’abord que :

\[ AB=|z_B-z_A| = 4\cos\frac{\theta}{2} \]

et :

\[ AC=|z_C-z_A| = 4\cos\frac{\theta}{2}. \]

Donc :

\[ AB=AC. \]

Pour que \(ABC\) soit un triangle équilatéral direct, il faut que :

\[ \left(\overrightarrow{AB};\overrightarrow{AC}\right)=\frac{\pi}{3}\ [2\pi]. \]

Or on a trouvé :

\[ \left(\overrightarrow{AB};\overrightarrow{AC}\right)=\theta\ [2\pi]. \]

Comme \(\theta\in]0;\pi[\), on obtient :

\[ \theta=\frac{\pi}{3}. \]
\[ \boxed{\theta=\frac{\pi}{3}} \]
2) c) Affixes des milieux \(E\) et \(F\)

On garde ici :

\[ \theta\in]0;\pi[. \]

Les affixes des points sont :

\[ z_A=2,\qquad z_B=-2e^{-i\theta},\qquad z_C=-2e^{i\theta}. \]

Le point \(E\) est le milieu de \([AB]\). Donc :

\[ z_E=\frac{z_A+z_B}{2}. \]

Ainsi :

\[ z_E=\frac{2-2e^{-i\theta}}{2}=1-e^{-i\theta}. \]

Le point \(F\) est le milieu de \([AC]\). Donc :

\[ z_F=\frac{z_A+z_C}{2}. \]

Ainsi :

\[ z_F=\frac{2-2e^{i\theta}}{2}=1-e^{i\theta}. \]
\[ \boxed{z_E=1-e^{-i\theta}} \qquad \boxed{z_F=1-e^{i\theta}} \]
2) d) Cocyclicité des points \(A\), \(O\), \(E\) et \(F\)

On doit montrer que :

\[ \frac{z_E}{z_F}\times\frac{z_F-z_A}{z_E-z_A}\in\mathbb R. \]

On utilise les affixes obtenues :

\[ z_E=1-e^{-i\theta}, \qquad z_F=1-e^{i\theta}, \qquad z_A=2. \]

D’abord :

\[ \frac{z_E}{z_F} = \frac{1-e^{-i\theta}}{1-e^{i\theta}}. \]

Or :

\[ 1-e^{-i\theta} = 2i\sin\frac{\theta}{2}\,e^{-i\frac{\theta}{2}}, \]

et :

\[ 1-e^{i\theta} = -2i\sin\frac{\theta}{2}\,e^{i\frac{\theta}{2}}. \]

Comme \(\theta\in]0;\pi[\), on a :

\[ \sin\frac{\theta}{2}>0. \]

Donc :

\[ \frac{z_E}{z_F} = -e^{-i\theta}. \]

Ensuite :

\[ z_F-z_A=1-e^{i\theta}-2=-1-e^{i\theta}, \]

et :

\[ z_E-z_A=1-e^{-i\theta}-2=-1-e^{-i\theta}. \]

Ainsi :

\[ \frac{z_F-z_A}{z_E-z_A} = \frac{-1-e^{i\theta}}{-1-e^{-i\theta}} = \frac{1+e^{i\theta}}{1+e^{-i\theta}}. \]

Or :

\[ 1+e^{i\theta} = 2\cos\frac{\theta}{2}\,e^{i\frac{\theta}{2}}, \]

et :

\[ 1+e^{-i\theta} = 2\cos\frac{\theta}{2}\,e^{-i\frac{\theta}{2}}. \]

Comme \(\theta\in]0;\pi[\), on a :

\[ \cos\frac{\theta}{2}>0. \]

Donc :

\[ \frac{z_F-z_A}{z_E-z_A}=e^{i\theta}. \]

Par conséquent :

\[ \frac{z_E}{z_F}\times\frac{z_F-z_A}{z_E-z_A} = \left(-e^{-i\theta}\right)e^{i\theta} = -1. \]
\[ \boxed{ \frac{z_E}{z_F}\times\frac{z_F-z_A}{z_E-z_A} = -1\in\mathbb R } \]

Le critère complexe de cocyclicité permet alors de conclure que les quatre points \(A\), \(O\), \(E\) et \(F\) appartiennent à un même cercle.

\[ \boxed{\text{Les points }A,\ O,\ E\text{ et }F\text{ sont cocycliques.}} \]

Résultats essentiels

À retenir
Discriminant complexe

Pour résoudre :

\[ az^2+bz+c=0 \qquad(a\ne0), \]

on calcule :

\[ \Delta=b^2-4ac. \]

Si \(\delta^2=\Delta\), alors :

\[ z=\frac{-b\pm\delta}{2a}. \]
Identités utiles avec \(e^{i\theta}\)
\[ e^{i\theta}=\cos\theta+i\sin\theta, \qquad e^{-i\theta}=\cos\theta-i\sin\theta. \] \[ 1+e^{i\theta} = 2\cos\frac{\theta}{2}e^{i\frac{\theta}{2}}. \] \[ 1+e^{-i\theta} = 2\cos\frac{\theta}{2}e^{-i\frac{\theta}{2}}. \] \[ 1-e^{i\theta} = -2i\sin\frac{\theta}{2}e^{i\frac{\theta}{2}}. \] \[ 1-e^{-i\theta} = 2i\sin\frac{\theta}{2}e^{-i\frac{\theta}{2}}. \]
Distance et angle avec les affixes

Si \(A(z_A)\), \(B(z_B)\) et \(C(z_C)\), alors :

\[ AB=|z_B-z_A|. \]

Une mesure de l’angle \(\left(\overrightarrow{AB};\overrightarrow{AC}\right)\) est :

\[ \arg\left(\frac{z_C-z_A}{z_B-z_A}\right)\ [2\pi]. \]
Milieu d’un segment

Si \(M\) est le milieu de \([AB]\), alors :

\[ z_M=\frac{z_A+z_B}{2}. \]
Cocyclicité en écriture complexe

Pour quatre points distincts \(A\), \(B\), \(C\), \(D\), l’expression :

\[ \frac{z_A-z_C}{z_B-z_C}\times \frac{z_B-z_D}{z_A-z_D} \]

réelle permet de reconnaître une configuration cocyclique ou alignée. Dans les exercices usuels, on l’utilise pour montrer que quatre points appartiennent à un même cercle.

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HAMMOU BOUDRAA — Parcours Maths Maroc
Correction rédigée par Professeur Hammou Boudraa — Parcours Maths Maroc (PMM)

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