Concours Médecine 2021 | Q71
Ce nombre complexe cache une identité trigonométrique magnifique !
Vous allez revoir :
L’écriture exponentielle des nombres complexes ;
Le calcul du module et de l’argument ;
les identités d’Euler ;
Les astuces rapides pour résoudre les QCM sur les nombres complexes.
QCM
Dans l’ensemble \(\mathbb{C}\), si \(z=1+i(1+\sqrt{2})\) alors:
\(\fbox{A}\) \(|z|=2 \sqrt{2} \cos \frac{\pi}{8}\) et \(\arg z \equiv \frac{3 \pi}{8}[2 \pi]\)
\(\fbox{B}\) \(|z|=2 \sqrt{2} \cos \frac{\pi}{8}\) et \(\arg z \equiv \frac{\pi}{8}[2 \pi]\)
\(\fbox{C}\) \(|z|=2 \sqrt{2} \cos \frac{3 \pi}{8}\) et \(\arg z \equiv \frac{3 \pi}{8} [2 \pi]\)
\(\fbox{D}\) \(|z|=2 \sqrt{2} \cos \frac{3 \pi}{8}\) et \(\arg z \equiv \frac{\pi}{8}[2 \pi]\)
\(\fbox{E}\) \(|z|=2 \cos \frac{\pi}{8}\) et \(\arg z \equiv \frac{3 \pi}{8}[2 \pi]\)
La bonne réponse est A.
On cherche l’écriture exponentielle du nombre complexe
\( z=1+i(1+\sqrt{2}) \).
On écrit \( z=(1+i)+\sqrt{2}i \).
On pose \( a=1+i \) et \( b=\sqrt{2}i \).
Calculons l’écriture exponentielle de \( a \).
On a
\( |a|=\sqrt{1^2+1^2}=\sqrt{2} \) et \( \arg(a)=\frac{\pi}{4} \).
Donc \( a=\sqrt{2}e^{i\frac{\pi}{4}} \).
Calculons maintenant l’écriture exponentielle de \( b \).
On a \( |b|=\sqrt{2} \) et \( \arg(b)=\frac{\pi}{2} \).
Ainsi,
\( b=\sqrt{2}e^{i\frac{\pi}{2}} \).
On obtient alors
\( z=\sqrt{2}e^{i\frac{\pi}{4}}+\sqrt{2}e^{i\frac{\pi}{2}} \).
On factorise par \( \sqrt{2} \) :
\( z=\sqrt{2}(e^{i\frac{\pi}{4}}+e^{i\frac{\pi}{2}}) \).
On écrit
\( e^{i\frac{\pi}{4}}=e^{i\frac{3\pi}{8}}e^{-i\frac{\pi}{8}} \)
et
\( e^{i\frac{\pi}{2}}=e^{i\frac{3\pi}{8}}e^{i\frac{\pi}{8}} \).
Ainsi,
\( z=\sqrt{2}e^{i\frac{3\pi}{8}}(e^{-i\frac{\pi}{8}}+e^{i\frac{\pi}{8}}) \).
Or
\( e^{-i\theta}+e^{i\theta}=2\cos(\frac{\pi}{8}}) \).
Donc
\( z=2\sqrt{2}\cos(\frac{\pi}{8})e^{i\frac{3\pi}{8}} \).
Comme
\( \frac{\pi}{8}\in [0,\frac{\pi}{2}[ \), on a
\( \cos\left(\frac{\pi}{8}\right)>0 \).
Ainsi,
\( |z|=2\sqrt{2}\cos(\frac{\pi}{8}) \).