Chapitres Maths en MPSI, PCSI, MP2I, PTSI
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Cours : Trigonométrie en Maths Sup MPSI, PCSI, MP2I et PTSI
Résumé de cours Exercices et corrigés
Cours en ligne de Maths en Maths Sup
Résumé de cours et méthodes – Trigonométrie en Maths Sup
Fonctions circulaires
Plan :
1. Fonction sinus
2. Fonction cosinus
3. Fonction tangente
1. Fonction sinus
Propriétés des angles
Pour tout réel
,
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Les angles remarquables
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Étude de la fonction
est continue, strictement croissante sur
.
la dérivée de
est
.
Le graphe de
est symétrique par rapport à
et par rapport à la droite d’équation
.
2. Fonction cosinus
Propriétés des angles
Pour tout réel
,
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Lien entre
et ![]()
Pour tout ![]()
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Les angles remarquables
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Étude de la fonction
est continue, strictement décroissante sur
.
la dérivée de
est ![]()
Le graphe de
est symétrique par rapport à
et par rapport à la droite d’équation
.
3. Fonction tangente
Elle est définie sur
par
.
Propriétés des angles
Pour tout réel
,
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.
Les angles remarquables
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Étude de la fonction
est continue, strictement croissante sur
.
La dérivée de
est
.
.
.
Le graphe de
est symétrique par rapport à
.
Les droites d’équations
où
sont asymptotes à la courbe.

4. S’aider du cercle trigonométrique
On peut retrouver les valeurs liant les
et
des angles
et
,
et
et
, en plaçant les points correspondants sur le cercle trigonométrique.

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Méthodes
Plan :
1. Retrouver les formules
2. Équations de base
3. Calcul de
et
.
Le temps dépend de vos capacités à retenir les formules.
1. Retrouver les formules.
Il faut apprendre ces fichues formules, rien de pire à l’oral qu’un étudiant coincé devant une formule de trigonométrie, les jurys trépignent !
Devoir les retrouver c’est
a) perdre un temps précieux
b) et surtout ne pas avoir idée de transformations qui pourraient débloquer les calculs !
Ce paragraphe indique comment retrouver ces formules à partir des formules d’Euler :
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et de la relation :
.
1.1. Valeur de
de 
M1. somme
![Rendered by QuickLaTeX.com \cos(a + b) = <span class="ql-right-eqno"> </span><span class="ql-left-eqno"> </span><img src="https://groupe-reussite.fr/ressources/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-f4fe2391bb9b88bfae89dec46f4ec895_l3.png" height="725" width="725" class="ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format" alt="\[\quad \quad \quad \cos(a) \, \cos(b) - \sin(a) \, \sin(b) $ $\ast$ $\sin(a + b) =$ $ \quad \quad \quad \sin(a) \, \cos(b) + \sin(b) \, \cos(a) $ On utilise $\textrm{e} ^{\textrm{i} \, a} \, \textrm{e} ^{\textrm{i} \, b} = \textrm{e} ^{\textrm{i} \, (a + b)}$, soit $\cos(a + b) + \textrm{i} \, \sin(a + b) = $ $\quad \quad \quad (\cos a + \textrm{i} \, \sin a )(\cos b + \textrm{i} \, \sin b)$ et on termine en égalant les parties réelles et imaginaires. $\bullet$ <b>M2.</b><b> différence</b> $\ast$ $\cos(a - b) = $ $ \quad \quad \quad \cos(a) \, \cos(b) + \sin(a) \, \sin(b) $ $\ast$ $\sin(a - b) =$ $ \quad \quad \quad \sin(a) \, \cos(b) - \sin(b) \, \cos(a) $ en utilisant $M1$ en remplaçant $b$ par $-b$ sans oublier que $\cos$ est paire et $\sin $ est impaire. $\bullet$<b> M3.</b> Et les conséquences : $\quad \ast$ $\cos( 2\, a) = \cos^2(a) - \sin^2(a)$ $\quad \ast$ $\cos(2 \, a) = 2 \cos ^2 (a) - 1$ $\quad \ast$ $\cos(2 \,a) = 1 - 2 \sin ^2(a)$ $\quad \ast$ $\sin(2\, a) = 2 \, \sin(a) \, \cos(a)$ qui peuvent bien sûr s'écrire aussi $\quad \ast$ $\cos ^2 (t) = \displaystyle \frac {\cos(2 \,t) + 1} 2$ $\quad \ast$ $\sin ^2(t) = \displaystyle \frac {1 - \cos(2 \, t)} 2$. $\bullet$ <b>M</b><b>4. </b>sous réserve de définition des trois tangentes : $\ast$ $ \tan(a + b) = \displaystyle \frac {\tan(a) + \tan(b)} {1 - \tan(a) \, \tan(b)} $ obtenue en faisant le quotient des formules de M1 puis en divisant numérateur et dénominateur par $\cos(a) \, \cos(b)$. $\bullet$ <b>M5. </b>en conséquence de M4 sous réserve de définition des trois tangentes : $\ast$ $\tan(a - b) = \displaystyle \frac {\tan(a) - \tan(b)} {1 + \tan(a) \, \tan(b)} $ $\ast$ $\tan(2\, a) = \displaystyle \frac {2 \, \tan(a)} {1 - \tan^2(a)}$ en remplaçant $b$ par $-b$ et en utilisant $\tan$ est une fonction impaire. puis en posant $b = a$ dans la formule de M4. Il y a des cas où il est préférable de s'affranchir de ces formules <b>a) </b>Si $n \in \mathbb{Z}$ et $x \in \mathbb{R}$, $\quad \ast$ $\cos(n\, \pi + x) = (- 1) ^n \cos(x) $ $\quad \ast$ $\sin(n \, \pi + x) = (-1) ^n \, \sin(x)$ <b>b)</b> $\ast$ $\displaystyle \cos \left (\frac {\pi} 2 + x \right) = - \sin(x)$, $\quad \; \ast \displaystyle \sin \left ( \frac {\pi} 2 + x \right ) = \cos(x)$ <b>c)</b> $\ast$ $\displaystyle \cos \left (\frac {\pi} 2 - x \right) = \sin(x)$, $\quad \; \ast \displaystyle \sin \left ( \frac {\pi} 2 - x \right ) = \cos(x)$. <em>La démonstration :</em> <b>a) S</b>i $n$ est pair, $\cos(x + n \,\pi) = \cos(x)$ et $\sin(x + n\, \pi) = \sin(x)$ Si $n$ est impair, $\cos(x + n \, \pi) = \cos(x + \pi ) = - \cos(x) $ et $\sin(x + n \, \pi) = \sin(x + \pi ) = - \sin(x) $ . De plus $(- 1) ^n = - 1$ <b>b)</b> La dérivée de $u : x \mapsto \cos(x)$ peut s'écrire $u'(x) = -\sin(x) = \cos(x + \pi/2)$ la dérivée de $v : x \mapsto \sin(x)$ peut s'écrire $v'(x) = \cos(x) = \sin(x + \pi/2)$ <b>c)</b> à l'aide d'un dessin du cercle trigonométrique ou en remplaçant $x$ par $-x$ dans les formules du b). <h4><b>1.2. Linéarisation</b></h4> $\bullet$ <b>M6 Formules au programme </b> $\ast$ $2 \, \cos(a) \, \cos(b) = $ $\quad \quad \quad \quad \cos(a + b) + \cos(a - b) $ $\ast$ $2 \, \sin(a) \, \sin(b) =$ $ \quad \quad \quad \quad \cos(a - b) - \cos(a + b)$ $\ast$ $2 \, \sin(a) \cos(b) = $ $ \quad \quad \quad \quad \sin(a + b) + \sin(a - b) $ <em>La justification :</em> $\bullet$ Par M1 et M2 $\cos(a + b) = \cos(a) \, \cos(b) - \sin(a) \, \sin(b) $ et $\cos(a - b) = \cos(a) \, \cos(b) + \sin(a) \, \sin(b) $ Par <a href="https://groupe-reussite.fr/ressources/cours-en-ligne-sommes-produits-maths-sup/">somme</a> et différence : $\cos(a + b) + \cos(a - b) = 2 \, \cos(a) \, \cos (b)$ $\cos(a - b) - \cos(a - b) = 2 \, \sin(a) \, \sin (b)$ $\bullet$ Par M1 et M2 $\sin(a + b) = \sin(a) \, \cos(b) + \sin(b) \, \cos(a) $ et $\sin(a - b) = \sin(a) \, \cos(b) - \sin(b) \, \cos(a) $ et on additionne $\sin(a + b) + \sin(a - b) = 2 \sin(a) \, \cos(b)$. $\bullet$ <b>M7. Formules à retrouver </b> $\ast$ $\cos(p) + \cos(q) = $ $ \quad \quad \quad 2 \, \displaystyle \cos \left ( \frac {p + q} 2 \right ) \, \cos \left ( \frac {p - q} 2 \right ) $ $\ast$ $\cos(p) - \cos(q) = $ $ \quad \quad \quad - 2 \, \displaystyle \sin \left ( \frac {p + q} 2 \right ) \, \sin \left ( \frac {p - q} 2 \right ) $ $\ast$ $\sin(p) + \sin(q) =$ $ \quad \quad \quad 2 \, \displaystyle \sin \left ( \frac {p + q} 2 \right ) \, \cos \left ( \frac {p - q} 2 \right ) $ et en remplaçant $q$ par $- q$, $\ast$ $\sin(p) - \sin(q) = $ $ \quad \quad \quad 2\, \displaystyle \sin \left ( \frac {p - q} 2 \right ) \, \cos \left ( \frac {p + q} 2 \right ) $. <em>la démonstration :</em> On pose $p = a + b $ et $q =a - b $ ssi $ a = (p + q)/2$ et $b = (p - q) /2$ Les formules de M6 $\cos(a + b) + \cos(a - b) = 2 \, \cos(a) \, \cos (b)$ $\cos(a - b) - \cos(a - b) = 2 \, \sin(a) \, \sin (b)$ deviennent $\cos(p) + \cos(q) = $ $ \quad \quad 2 \, \displaystyle \cos \left ( \frac {p + q} 2 \right ) \, \cos \left ( \frac {p - q} 2 \right ) $ $\cos(p) - \cos(q) = $ $ \quad \quad - 2\, \displaystyle \sin \left ( \frac {p + q} 2 \right ) \, \sin \left ( \frac {p - q} 2 \right ) $ <em>La formule :</em> $\sin(a + b) + \sin(a - b) = 2 \sin(a) \, \cos(b)$. devient $\sin(p) + \sin(q) =$ $ \quad \quad 2\, \displaystyle \sin \left ( \frac {p + q} 2 \right ) \, \cos \left ( \frac {p - q} 2 \right ) $. <h4><b>1.3. Utilisation de</b> $t = \tan(x /2)$</h4> En posant $t = \displaystyle \tan \left ( \frac x 2 \right ) $, on démontre $\quad \ast$ $\cos(x) = \displaystyle \frac {1 - t ^2} {1 + t ^2} $ $\quad \ast$ $\sin(x) = \displaystyle \frac {2\, t} {1 + t ^2} $ $\quad \ast$ $\tan(x) = \displaystyle \frac {2\, t} {1 - t ^2} $. <em>la démonstration :</em> On utilise l'angle double et les résultats de M3 $\cos(x) = 2 \cos^2(x / 2) - 1$ et $\cos^2(x / 2) = \displaystyle \frac 1 { 1 + \tan^2(x/2) } = \frac 1 {1 + t ^2}$ $\cos(x) = \displaystyle \frac 2 {1 + t ^2} - 1 = \frac {1 - t ^2} {1 + t^2}$ et M5 $\tan(x) = \displaystyle \frac {2 \, \tan(x /2)} {1 + \tan^2(x/2)} = \frac {2 \, t } {1 + t^2}$ Puis on termine avec $\quad \quad \sin(x) = \cos(x) \, \tan(x)$. <h4><b>1.4. Transformation de</b> $A \cos(x) + B \sin(x)$<b> si </b>$(A , B) \neq (0 , 0)$</h4> Introduire la forme trigonométrique de $ A + \textrm{i} \, B = \rho \, \textrm{e} ^{\textrm{i} \, \varphi}$ $A \cos(x) + B \sin(x) =$ $ \quad \quad \rho \left ( \cos(\varphi) \, \cos(x) + \sin(\varphi) \, \sin(x) \right ) $ $ A \cos(x) + B \sin(x) = \rho \cos(x -\varphi ) $. <h3>2. Équations de base</h3> <div> $\bullet $<b> E1 </b>avec des cosinus : $\ast$ $\cos(x) = \cos(y)$ $\quad \Leftrightarrow $ $ \exists\, k \in \mathbb{Z}, \, x = y + 2 \, k \, \pi$ $\quad \; \textrm{ou } \exists\, p \in \mathbb{Z}, \, x = - y + 2 \, p\, \pi$ $\ast$ Si $a \in \, [- 1 \,, \, 1]$, $\cos(x) = a$ $\quad \Leftrightarrow $ $ \exists\, k \in \mathbb{Z}, \, x = \textrm{Arccos } a + 2 \, k\, \pi$ $\quad \; \textrm{ou } \exists\, p \in \mathbb{Z}, \, x = - \textrm{Arccos } a + 2 \, p\, \pi$. $\bullet$ <b>E2</b> avec des sinus $\sin(x) = \sin (y)$ $\quad \Leftrightarrow $ $ \exists\, k \in \mathbb{Z}, \, x = y + 2 \, k \pi\]" title="Rendered by QuickLaTeX.com"/>\quad \; \textrm{ou } \exists\, p \in \mathbb{Z}, \, x = \pi - y + 2 \, p \pi](https://groupe-reussite.fr/ressources/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-c3d71033e17cb747119ba9997a538675_l3.png)
Si
,
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E3 avec des tangentes
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Si
,
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.
Lorsque les équations sont « compliquées », il y a moins de risque d’erreur à utiliser des égalités à
ou
près plutôt que les modulos.
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3. Calcul de
et 
Il faut savoir au moins traiter le cas du calcul de
ou de
lorsque
est un entier donné « faible ».
Le calcul dans le cas général comme il est donné ci-dessous pourrait faire l’objet d’une question de sujet de concours.
On utilise les formules de Moivre et la formule du binôme de Newton
![]()
On sépare les indices
des indices
, pour comparer les parties réelles et imaginaires.


avec
et
.
la démonstration complète :
Par la formule de Moivre, 
On sépare les indices
avec ![]()
soit pour
avec ![]()
des indices
avec ![]()
soit pour
où ![]()
ce qui permet de séparer la partie réelle de la partie imaginaire
avec

et ![]()

On simplifie ces écritures :




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