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Fahmio
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Bac Tunisie
C-INombres complexes

Points d'affixes données sur un cercle : équation à discriminant fourni, construction justifiée, losange et aire, perpendicularité, orthocentre (Sc. exp., Techniques, Informatique)

Idée directrice

Dans les sections Sciences expérimentales, Techniques et Informatique, l'exercice de nombres complexes suit presque toujours le même fil : une équation du second degré dont le discriminant est fourni sous forme de carré ; ses solutions deviennent des points d'affixes connues ; l'écriture exponentielle (module et argument) place ces points sur un cercle et justifie leur construction ; une relation entre affixes (zD=zA+zBz_D=z_A+z_B, milieu, zA=i zBz_A=i\,z_B) donne la nature d'un quadrilatère puis son aire ; enfin un argument, un quotient ou un produit (z1) (z2)‾(z_1)\,\overline{(z_2)} imaginaire pur traduit une perpendicularité, jusqu'à l'orthocentre d'un triangle.

Ce qui aide à reconnaître la démarche

« Vérifier que le discriminant de (E)(E) est égal à (… )2(\dots)^2 » ; « Montrer que AA appartient au cercle Γ\Gamma » ; « Construire les points … » ; « Montrer que le quadrilatère … est un losange (un carré, un parallélogramme) et calculer son aire » ; « En déduire que les droites … sont perpendiculaires » ; « Déduire que HH est l'orthocentre du triangle … »

Besoin d’un point de départ ? Voir la méthode
  • Discriminant fourni sous forme de carré : calculer Δ=b2−4ac\Delta=b^2-4ac, développer le carré proposé, puis z=−b±δ2az=\frac{-b\pm\delta}{2a} ; contrôler avec la somme −ba-\frac ba et le produit ca\frac ca.
  • Point du cercle de centre OO et de rayon rr : ∣z∣=r|z|=r. Pour le construire, ajouter une seconde ligne qui le porte (droite y=ky=k, symétrique d'un point déjà placé, demi-droite d'angle connu).
  • zD=zA+zBz_D=z_A+z_B : OADBOADB est un parallélogramme ; avec OA=OBOA=OB c'est un losange, avec un angle droit un rectangle, avec les deux un carré.
  • Perpendicularité : différence d'arguments égale à π2\frac{\pi}{2}, quotient imaginaire pur, ou produit (z1)(z2)‾(z_1)\overline{(z_2)} imaginaire pur non nul ; l'angle droit est au sommet commun aux deux différences.
  • Orthocentre : montrer que le point appartient à deux hauteurs ; aire d'un quadrilatère : le découper en deux triangles (ou demi-produit des diagonales d'un losange).
Les pièges à vérifier dans ta démarche

Donner zA=2eiπ6z_A=2e^{i\frac{\pi}{6}} en oubliant le signe de la partie imaginaire ; « construire » AA en le plaçant à vue sur le cercle sans dire quelle seconde ligne le détermine ; conclure « losange » sans avoir établi le parallélogramme (ou « parallélogramme » sans vérifier OA=OBOA=OB pour le losange) ; placer l'angle droit en HH alors que le produit (zD−zB)(zH−zB)‾(z_D-z_B)\overline{(z_H-z_B)} parle du sommet BB ; affirmer que HH est l'orthocentre en n'exhibant qu'une seule hauteur.

Sujet principal

Exercice 1 — nombres complexes (5 points), dans l'esprit des sujets 2017–2026 (Sc. exp., Techniques, Informatique)

4 questionsFigure fournieCorrigé masqué

Le plan complexe est rapporté à un repère orthonormé direct (O,u⃗,v⃗)\left(O,\vec u,\vec v\right).

On considère dans C\C l'équation

(E) : z2−(3+i)z+2+2i3=0.(E)\ :\ z^2-\left(\sqrt3+i\right)z+2+2i\sqrt3=0.
  1. Équation.
    1. Calculer le discriminant de (E)(E) et vérifier que 3−3i\sqrt3-3i en est une racine carrée.
    2. Résoudre dans C\C l'équation (E)(E).
  2. On considère les points AA, BB et DD d'affixes respectives zA=3−iz_A=\sqrt3-i, zB=2iz_B=2i et zD=zA+zBz_D=z_A+z_B. Dans la figure de l'annexe, on a tracé le cercle Γ\Gamma de centre OO et de rayon 22 et placé le point BB.
    1. Déterminer le module et un argument de zAz_A et de zDz_D, puis leur écriture exponentielle. En déduire que les points AA et DD appartiennent au cercle Γ\Gamma.
    2. Construire les points AA et DD en justifiant la construction.
  3. Le quadrilatère OADBOADB.
    1. Montrer que le quadrilatère OADBOADB est un losange.
    2. Montrer que zB−zA=23 ei2π3z_B-z_A=2\sqrt3\,e^{i\frac{2\pi}{3}}. Retrouver que les droites (AB)(AB) et (OD)(OD) sont perpendiculaires.
    3. Montrer que le triangle OADOAD est équilatéral, puis calculer l'aire du losange OADBOADB.
  4. Soit HH le point d'affixe zH=−zDz_H=-z_D.
    1. Vérifier que HH appartient à Γ\Gamma et construire le point HH.
    2. Montrer que (zD−zB) (zH−zB)‾(z_D-z_B)\,\overline{(z_H-z_B)} est un imaginaire pur. En déduire la nature du triangle BDHBDH.
    3. En utilisant la question 3.a, montrer que la droite (BH)(BH) est perpendiculaire à la droite (OA)(OA).
    4. Justifier que les droites (AH)(AH) et (OB)(OB) sont perpendiculaires. En déduire que HH est l'orthocentre du triangle OABOAB.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1.a Idée : calculer Δ=b2−4ac\Delta=b^2-4ac, puis développer le carré proposé. Δ=(3+i)2−4(2+2i3)=3+2i3−1−8−8i3=−6−6i3\Delta=\left(\sqrt3+i\right)^2-4\left(2+2i\sqrt3\right)=3+2i\sqrt3-1-8-8i\sqrt3=-6-6i\sqrt3. Et (3−3i)2=3−6i3−9=−6−6i3\left(\sqrt3-3i\right)^2=3-6i\sqrt3-9=-6-6i\sqrt3 : δ=3−3i\delta=\sqrt3-3i est bien une racine carrée de Δ\Delta.

1.b z1=3+i+3−3i2=3−iz_1=\dfrac{\sqrt3+i+\sqrt3-3i}{2}=\sqrt3-i et z2=3+i−3+3i2=2iz_2=\dfrac{\sqrt3+i-\sqrt3+3i}{2}=2i. Contrôle : z1+z2=3+iz_1+z_2=\sqrt3+i et z1z2=2i3+2z_1z_2=2i\sqrt3+2. Les solutions de (E)(E) sont 3−i\sqrt3-i et 2i2i.

2.a ∣zA∣=3+1=2|z_A|=\sqrt{3+1}=2 ; un argument θ\theta vérifie cos⁡θ=32\cos\theta=\frac{\sqrt3}{2} et sin⁡θ=−12\sin\theta=-\frac12, donc θ≡−π6 [2π]\theta\equiv-\frac{\pi}{6}\,[2\pi] et zA=2e−iπ6z_A=2e^{-i\frac{\pi}{6}}. Ensuite zD=3−i+2i=3+iz_D=\sqrt3-i+2i=\sqrt3+i, de module 22 et d'argument π6\frac{\pi}{6} : zD=2eiπ6z_D=2e^{i\frac{\pi}{6}}. Comme OA=OD=2OA=OD=2, les points AA et DD sont sur Γ\Gamma.

2.b Idée : un point du cercle est fixé par une seconde ligne qui le porte. Im(zA)=−1\mathrm{Im}(z_A)=-1 et Re(zA)>0\mathrm{Re}(z_A)>0 : AA est le point d'intersection de Γ\Gamma et de la droite d'équation y=−1y=-1 situé dans le demi-plan x>0x>0. Et zD=zA‾z_D=\overline{z_A} : DD est le symétrique de AA par rapport à l'axe (O,u⃗)\left(O,\vec u\right) (c'est aussi le point de Γ\Gamma sur la droite y=1y=1, du côté x>0x>0).

3.a zD=zA+zBz_D=z_A+z_B signifie OD→=OA→+OB→\overrightarrow{OD}=\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB} : OADBOADB est un parallélogramme. De plus OA=∣zA∣=2OA=|z_A|=2 et OB=∣zB∣=2OB=|z_B|=2 : deux côtés consécutifs sont égaux, donc OADBOADB est un losange.

3.b zB−zA=−3+3iz_B-z_A=-\sqrt3+3i, de module 3+9=23\sqrt{3+9}=2\sqrt3, et −3+3i=23(−12+32i)=23 ei2π3-\sqrt3+3i=2\sqrt3\left(-\frac12+\frac{\sqrt3}{2}i\right)=2\sqrt3\,e^{i\frac{2\pi}{3}}. Alors (OD→,AB→)≡2π3−π6=π2 [2π]\left(\overrightarrow{OD},\overrightarrow{AB}\right)\equiv\frac{2\pi}{3}-\frac{\pi}{6}=\frac{\pi}{2}\,[2\pi] : (AB)⊥(OD)(AB)\perp(OD). On retrouve que les diagonales d'un losange sont perpendiculaires.

3.c OA=OD=2OA=OD=2 et AD=∣zD−zA∣=∣2i∣=2AD=|z_D-z_A|=|2i|=2 : le triangle OADOAD est équilatéral. Le losange est formé des triangles OADOAD et ODBODB, symétriques par rapport à (OD)(OD), tous deux équilatéraux de côté 22, d'aire 34×22=3\frac{\sqrt3}{4}\times2^2=\sqrt3. L'aire du losange vaut donc 23\boxed{2\sqrt3} (contrôle : OD×AB2=2×232\frac{OD\times AB}{2}=\frac{2\times2\sqrt3}{2}).

4.a zH=−3−iz_H=-\sqrt3-i et ∣zH∣=2|z_H|=2 : H∈ΓH\in\Gamma. HH est le symétrique de DD par rapport à OO : on le construit comme second point d'intersection de la droite (OD)(OD) avec Γ\Gamma ([DH][DH] est un diamètre).

4.b zD−zB=3−iz_D-z_B=\sqrt3-i et zH−zB=−3−3iz_H-z_B=-\sqrt3-3i, donc (zH−zB)‾=−3+3i\overline{(z_H-z_B)}=-\sqrt3+3i et

(zD−zB) (zH−zB)‾=(3−i)(−3+3i)(z_D-z_B)\,\overline{(z_H-z_B)}=\left(\sqrt3-i\right)\left(-\sqrt3+3i\right)

=−3+3i3+i3+3=4i3=-3+3i\sqrt3+i\sqrt3+3=4i\sqrt3. Idée : un produit (z1)(z2)‾(z_1)\overline{(z_2)} imaginaire pur non nul traduit un angle droit au sommet commun. Ici le sommet commun est BB : (BD)⊥(BH)(BD)\perp(BH), le triangle BDHBDH est rectangle en BB (ce que confirme B∈ΓB\in\Gamma, cercle de diamètre [DH][DH]).

4.c OADBOADB est un parallélogramme, donc BD→=OA→\overrightarrow{BD}=\overrightarrow{OA} (d'ailleurs zD−zB=zAz_D-z_B=z_A) : (BD)∥(OA)(BD)\parallel(OA). Comme (BH)⊥(BD)(BH)\perp(BD), on a (BH)⊥(OA)(BH)\perp(OA) : (BH)(BH) est la hauteur issue de BB du triangle OABOAB.

4.d zAz_A et zHz_H ont la même partie imaginaire −1-1 : (AH)(AH) est parallèle à l'axe (O,u⃗)\left(O,\vec u\right), alors que (OB)(OB) est l'axe des imaginaires. Donc (AH)⊥(OB)(AH)\perp(OB) : (AH)(AH) est la hauteur issue de AA. HH est le point commun de deux hauteurs du triangle OABOAB : c'est son orthocentre. La troisième hauteur passe bien par HH : H∈(OD)H\in(OD) et (OD)⊥(AB)(OD)\perp(AB) d'après 3.b.

Changer d’énoncé, garder le raisonnement

Choisis un seul transfert après le sujet principal. Qu’est-ce qui change ? Quel résultat ou quelle méthode peux-tu réutiliser ? Les autres exercices restent disponibles pour une prochaine séance.

Variantes rencontrées (sujets Sc. exp., Techniques, Informatique) : point CC de la droite y=3y=3 d'argument π3\frac{\pi}{3}, perpendiculaire (AB)⊥(HC)(AB)\perp(HC) en HH puis aire du quadrilatère OACBOACB comme somme de deux triangles (Techniques principale 2026) ; carré par ∣zB−zA∣=∣zD−zA∣|z_B-z_A|=|z_D-z_A| et un produit avec le conjugué (Informatique principale 2017) ; parallélogramme par le symétrique d'un point, puis son aire (Informatique contrôle 2025) ; rectangle OACBOACB ou OBCAOBCA et son aire (Sc. exp. contrôle 2024, Techniques contrôle 2024) ; orthocentre par deux perpendiculaires (Informatique principale 2025) ; droite tangente à un cercle (Techniques principale 2021) ; losange ABDCABDC d'aire 434\sqrt3 (Techniques principale 2023).

Exercices d'entraînement — une nuance à la fois

1 Drill C-I.1 — parallélogramme par le symétrique d'un point, aire AB×ACAB\times AC
Entraînement 01 / 05

Drill C-I.1 — parallélogramme par le symétrique d'un point, aire AB×ACAB\times AC

4 questionsCorrigé masqué

Le plan complexe est rapporté à un repère orthonormé direct (O,u⃗,v⃗)\left(O,\vec u,\vec v\right). On considère les points AA, BB et CC d'affixes respectives zA=1+iz_A=1+i, zB=3+5iz_B=3+5i et zC=−1+2iz_C=-1+2i.

  1. Calculer (zB−zA) (zC−zA)‾(z_B-z_A)\,\overline{(z_C-z_A)} et montrer que ce nombre est un imaginaire pur. En déduire que le triangle ABCABC est rectangle en AA.
  2. Soit KK le milieu du segment [AC][AC] et DD le symétrique de BB par rapport à KK. Déterminer les affixes zKz_K et zDz_D.
  3. Montrer que le quadrilatère ABCDABCD est un parallélogramme.
  4. Calculer les modules ∣zB−zA∣|z_B-z_A| et ∣zC−zA∣|z_C-z_A|, puis l'aire du parallélogramme ABCDABCD.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1. zB−zA=2+4iz_B-z_A=2+4i et zC−zA=−2+iz_C-z_A=-2+i, donc (zB−zA) (zC−zA)‾=(2+4i)(−2−i)=−4−2i−8i+4=−10i(z_B-z_A)\,\overline{(z_C-z_A)}=(2+4i)(-2-i)=-4-2i-8i+4=-10i : c'est un imaginaire pur non nul, donc (AB)⊥(AC)(AB)\perp(AC) et le triangle ABCABC est rectangle en AA.

2. zK=zA+zC2=3i2z_K=\dfrac{z_A+z_C}{2}=\dfrac{3i}{2}. Comme KK est le milieu de [BD][BD] : zD=2zK−zB=3i−3−5i=−3−2iz_D=2z_K-z_B=3i-3-5i=-3-2i.

3. Idée : un quadrilatère dont les diagonales ont le même milieu est un parallélogramme. Les diagonales [AC][AC] et [BD][BD] ont le même milieu KK : ABCDABCD est un parallélogramme (contrôle : zA+zC=3i=zB+zDz_A+z_C=3i=z_B+z_D).

4. ∣zB−zA∣=4+16=25|z_B-z_A|=\sqrt{4+16}=2\sqrt5 et ∣zC−zA∣=4+1=5|z_C-z_A|=\sqrt{4+1}=\sqrt5. La diagonale [AC][AC] partage ABCDABCD en deux triangles ABCABC et CDACDA de même aire (symétrie de centre KK), et ABCABC est rectangle en AA : A(ABC)=AB×AC2=25×52=5\mathcal A(ABC)=\frac{AB\times AC}{2}=\frac{2\sqrt5\times\sqrt5}{2}=5. L'aire de ABCDABCD vaut 10\boxed{10}.

2 Drill C-I.2 — triangle rectangle isocèle par un produit avec le conjugué, milieu de l'hypoténuse
Entraînement 02 / 05

Drill C-I.2 — triangle rectangle isocèle par un produit avec le conjugué, milieu de l'hypoténuse

4 questionsCorrigé masqué

Le plan complexe est rapporté à un repère orthonormé direct (O,u⃗,v⃗)\left(O,\vec u,\vec v\right). On donne les points AA, BB et CC d'affixes respectives zA=2−iz_A=2-i, zB=5+iz_B=5+i et zC=2iz_C=2i.

  1. Calculer (zB−zA) (zC−zA)‾(z_B-z_A)\,\overline{(z_C-z_A)} et montrer que ce nombre est un imaginaire pur. Calculer les modules ∣zB−zA∣|z_B-z_A| et ∣zC−zA∣|z_C-z_A|.
  2. En déduire que le triangle ABCABC est rectangle et isocèle en AA.
  3. Déterminer l'affixe du point Ω\Omega milieu du segment [BC][BC] et montrer que ΩA=ΩB=ΩC\Omega A=\Omega B=\Omega C.
  4. Calculer l'aire du triangle ABCABC.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1. zB−zA=3+2iz_B-z_A=3+2i et zC−zA=−2+3iz_C-z_A=-2+3i, d'où (zB−zA) (zC−zA)‾=(3+2i)(−2−3i)=−6−9i−4i+6=−13i(z_B-z_A)\,\overline{(z_C-z_A)}=(3+2i)(-2-3i)=-6-9i-4i+6=-13i, imaginaire pur. ∣zB−zA∣=9+4=13|z_B-z_A|=\sqrt{9+4}=\sqrt{13} et ∣zC−zA∣=4+9=13|z_C-z_A|=\sqrt{4+9}=\sqrt{13}.

2. Le produit est imaginaire pur et non nul : (AB)⊥(AC)(AB)\perp(AC). Avec AB=AC=13AB=AC=\sqrt{13}, le triangle ABCABC est rectangle et isocèle en AA (on peut aussi remarquer que zC−zA=i (zB−zA)z_C-z_A=i\,(z_B-z_A)).

3. zΩ=5+i+2i2=52+32iz_\Omega=\dfrac{5+i+2i}{2}=\dfrac52+\dfrac32i. ΩB=ΩC=∣zC−zB∣2=∣−5+i∣2=262\Omega B=\Omega C=\dfrac{|z_C-z_B|}{2}=\dfrac{|-5+i|}{2}=\dfrac{\sqrt{26}}{2} et ΩA=∣−12−52i∣=14+254=262\Omega A=\left|-\frac12-\frac52i\right|=\sqrt{\frac14+\frac{25}{4}}=\dfrac{\sqrt{26}}{2}. Idée : dans un triangle rectangle, le milieu de l'hypoténuse est le centre du cercle circonscrit : ce cercle a pour centre Ω\Omega et pour rayon 262\frac{\sqrt{26}}{2}.

4. A(ABC)=AB×AC2=132\mathcal A(ABC)=\dfrac{AB\times AC}{2}=\dfrac{13}{2}.

3 Drill C-I.3 — carré par la relation zD−zA=i (zB−zA)z_D-z_A=i\,(z_B-z_A), aire
Entraînement 03 / 05

Drill C-I.3 — carré par la relation zD−zA=i (zB−zA)z_D-z_A=i\,(z_B-z_A), aire

4 questionsCorrigé masqué

Le plan complexe est rapporté à un repère orthonormé direct (O,u⃗,v⃗)\left(O,\vec u,\vec v\right). On considère les points AA, BB, CC et DD d'affixes respectives zA=1−iz_A=1-i, zB=5+iz_B=5+i, zC=3+5iz_C=3+5i et zD=−1+3iz_D=-1+3i.

  1. Placer les points AA, BB, CC et DD.
  2. Le triangle ABDABD.
    1. Vérifier que zD−zA=i (zB−zA)z_D-z_A=i\,(z_B-z_A).
    2. En déduire le module et un argument du quotient zD−zAzB−zA\dfrac{z_D-z_A}{z_B-z_A}, puis la nature du triangle ABDABD.
  3. Montrer que zA+zC=zB+zDz_A+z_C=z_B+z_D.
  4. Déduire que ABCDABCD est un carré et calculer son aire.
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1. A(1 ;−1)A(1\,;-1), B(5 ;1)B(5\,;1), C(3 ;5)C(3\,;5) et D(−1 ;3)D(-1\,;3).

2.a zB−zA=4+2iz_B-z_A=4+2i et i (4+2i)=−2+4i=(−1+3i)−(1−i)=zD−zAi\,(4+2i)=-2+4i=(-1+3i)-(1-i)=z_D-z_A.

2.b zD−zAzB−zA=i=eiπ2\dfrac{z_D-z_A}{z_B-z_A}=i=e^{i\frac{\pi}{2}} : module 11, donc AD=ABAD=AB ; argument π2\frac{\pi}{2}, donc (AB→,AD→)≡π2 [2π]\left(\overrightarrow{AB},\overrightarrow{AD}\right)\equiv\frac{\pi}{2}\,[2\pi]. Le triangle ABDABD est rectangle et isocèle en AA.

3. zA+zC=4+4iz_A+z_C=4+4i et zB+zD=4+4iz_B+z_D=4+4i.

4. D'après 3, les diagonales [AC][AC] et [BD][BD] ont le même milieu : ABCDABCD est un parallélogramme. Il a un angle droit en AA et deux côtés consécutifs égaux (AB=ADAB=AD) : c'est un carré. AB=∣4+2i∣=20=25AB=|4+2i|=\sqrt{20}=2\sqrt5, donc son aire vaut AB2=20AB^2=\boxed{20}.

4 Drill C-I.4 — orthocentre par deux hauteurs, pied d'une hauteur et aire
Entraînement 04 / 05

Drill C-I.4 — orthocentre par deux hauteurs, pied d'une hauteur et aire

4 questionsCorrigé masqué

Dans le plan complexe, on considère les points AA, BB, CC et HH d'affixes respectives zA=−1+iz_A=-1+i, zB=5+iz_B=5+i, zC=1+5iz_C=1+5i et zH=1+3iz_H=1+3i.

  1. Comparer la partie réelle de zCz_C et celle de zHz_H, puis les parties imaginaires de zAz_A et de zBz_B. En déduire que les droites (CH)(CH) et (AB)(AB) sont perpendiculaires en un point JJ dont on donnera l'affixe.
  2. Donner l'écriture algébrique de (zH−zA) (zC−zB)‾(z_H-z_A)\,\overline{(z_C-z_B)}. En déduire que les droites (AH)(AH) et (BC)(BC) sont perpendiculaires.
  3. Déduire que HH est l'orthocentre du triangle ABCABC.
  4. Calculer les modules ∣zB−zA∣|z_B-z_A| et ∣zC−zJ∣|z_C-z_J|, puis l'aire du triangle ABCABC.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1. Re(zC)=Re(zH)=1\mathrm{Re}(z_C)=\mathrm{Re}(z_H)=1 : (CH)(CH) est la droite d'équation x=1x=1, parallèle à l'axe des imaginaires. Im(zA)=Im(zB)=1\mathrm{Im}(z_A)=\mathrm{Im}(z_B)=1 : (AB)(AB) est la droite d'équation y=1y=1, parallèle à l'axe des réels. Donc (CH)⊥(AB)(CH)\perp(AB), en JJ d'affixe zJ=1+iz_J=1+i.

2. zH−zA=2+2iz_H-z_A=2+2i et zC−zB=−4+4iz_C-z_B=-4+4i, donc (zH−zA) (zC−zB)‾=(2+2i)(−4−4i)=−8−8i−8i+8=−16i(z_H-z_A)\,\overline{(z_C-z_B)}=(2+2i)(-4-4i)=-8-8i-8i+8=-16i : imaginaire pur non nul, d'où (AH)⊥(BC)(AH)\perp(BC).

3. (CH)(CH) est la hauteur issue de CC et (AH)(AH) la hauteur issue de AA ; elles se coupent en HH, qui est donc l'orthocentre du triangle ABCABC.

4. AB=∣zB−zA∣=6AB=|z_B-z_A|=6 et CJ=∣zC−zJ∣=∣4i∣=4CJ=|z_C-z_J|=|4i|=4. Comme [CJ][CJ] est la hauteur relative à [AB][AB] : A(ABC)=AB×CJ2=12\mathcal A(ABC)=\dfrac{AB\times CJ}{2}=\boxed{12}.

5 Drill C-I.5 — droite tangente à un cercle en un point, aire d'un quadrilatère symétrique
Entraînement 05 / 05

Drill C-I.5 — droite tangente à un cercle en un point, aire d'un quadrilatère symétrique

4 questionsCorrigé masqué

Le plan complexe est rapporté à un repère orthonormé direct (O,u⃗,v⃗)\left(O,\vec u,\vec v\right). On note Γ\Gamma le cercle de centre OO et de rayon 22. On considère les points AA et TT d'affixes zA=1+i3z_A=1+i\sqrt3 et zT=4z_T=4, et le point A′A' d'affixe zA‾\overline{z_A}, conjugué de zAz_A.

  1. Déterminer le module et un argument de zAz_A, puis son écriture exponentielle. Vérifier que AA appartient à Γ\Gamma.
  2. Montrer que zT−zAzA=−i3\dfrac{z_T-z_A}{z_A}=-i\sqrt3 ; ce quotient est donc imaginaire pur. En déduire que la droite (AT)(AT) est tangente à Γ\Gamma en AA.
  3. Justifier que la droite (A′T)(A'T) est tangente à Γ\Gamma en A′A'.
  4. Calculer ATAT, puis l'aire du quadrilatère OATA′OATA'.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1. ∣zA∣=1+3=2|z_A|=\sqrt{1+3}=2, cos⁡θ=12\cos\theta=\frac12 et sin⁡θ=32\sin\theta=\frac{\sqrt3}{2} donnent θ≡π3 [2π]\theta\equiv\frac{\pi}{3}\,[2\pi] : zA=2eiπ3z_A=2e^{i\frac{\pi}{3}}. OA=2OA=2, donc A∈ΓA\in\Gamma.

2. zT−zAzA=3−i31+i3=(3−i3)(1−i3)4=3−3i3−i3−34=−i3\dfrac{z_T-z_A}{z_A}=\dfrac{3-i\sqrt3}{1+i\sqrt3}=\dfrac{\left(3-i\sqrt3\right)\left(1-i\sqrt3\right)}{4}=\dfrac{3-3i\sqrt3-i\sqrt3-3}{4}=-i\sqrt3. Idée : quotient imaginaire pur non nul, donc angle droit. (OA→,AT→)≡−π2 [2π]\left(\overrightarrow{OA},\overrightarrow{AT}\right)\equiv-\frac{\pi}{2}\,[2\pi] : (AT)(AT) est perpendiculaire en AA au rayon [OA][OA], c'est la tangente à Γ\Gamma en AA.

3. A′A' est le symétrique de AA par rapport à l'axe des réels, qui laisse TT et Γ\Gamma invariants : la symétrie envoie la tangente (AT)(AT) sur la droite (A′T)(A'T), tangente à Γ\Gamma en A′A'. (Par le calcul : zT−zA′zA′=i3\frac{z_T-z_{A'}}{z_{A'}}=i\sqrt3, imaginaire pur.)

4. AT=∣zT−zA∣=∣3−i3∣=12=23AT=|z_T-z_A|=\left|3-i\sqrt3\right|=\sqrt{12}=2\sqrt3. Le quadrilatère OATA′OATA' est formé des triangles OATOAT et OA′TOA'T, symétriques par rapport à (OT)(OT) et rectangles en AA et A′A' : A(OAT)=OA×AT2=23\mathcal A(OAT)=\frac{OA\times AT}{2}=2\sqrt3. L'aire de OATA′OATA' vaut 43\boxed{4\sqrt3}.

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