Exercice 1 — nombres complexes (5 points), dans l'esprit des sujets 2017–2026 (Sc. exp., Techniques, Informatique)
Le plan complexe est rapporté à un repère orthonormé direct .
On considère dans l'équation
- Équation.
- Calculer le discriminant de et vérifier que en est une racine carrée.
- Résoudre dans l'équation .
- On considère les points , et d'affixes respectives , et . Dans la figure de l'annexe, on a tracé le cercle de centre et de rayon et placé le point .
- Déterminer le module et un argument de et de , puis leur écriture exponentielle. En déduire que les points et appartiennent au cercle .
- Construire les points et en justifiant la construction.
- Le quadrilatère .
- Montrer que le quadrilatère est un losange.
- Montrer que . Retrouver que les droites et sont perpendiculaires.
- Montrer que le triangle est équilatéral, puis calculer l'aire du losange .
- Soit le point d'affixe .
- Vérifier que appartient à et construire le point .
- Montrer que est un imaginaire pur. En déduire la nature du triangle .
- En utilisant la question 3.a, montrer que la droite est perpendiculaire à la droite .
- Justifier que les droites et sont perpendiculaires. En déduire que est l'orthocentre du triangle .
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche
1.a Idée : calculer , puis développer le carré proposé. . Et : est bien une racine carrée de .
1.b et . Contrôle : et . Les solutions de sont et .
2.a ; un argument vérifie et , donc et . Ensuite , de module et d'argument : . Comme , les points et sont sur .
2.b Idée : un point du cercle est fixé par une seconde ligne qui le porte. et : est le point d'intersection de et de la droite d'équation situé dans le demi-plan . Et : est le symétrique de par rapport à l'axe (c'est aussi le point de sur la droite , du côté ).
3.a signifie : est un parallélogramme. De plus et : deux côtés consécutifs sont égaux, donc est un losange.
3.b , de module , et . Alors : . On retrouve que les diagonales d'un losange sont perpendiculaires.
3.c et : le triangle est équilatéral. Le losange est formé des triangles et , symétriques par rapport à , tous deux équilatéraux de côté , d'aire . L'aire du losange vaut donc (contrôle : ).
4.a et : . est le symétrique de par rapport à : on le construit comme second point d'intersection de la droite avec ( est un diamètre).
4.b et , donc et
. Idée : un produit imaginaire pur non nul traduit un angle droit au sommet commun. Ici le sommet commun est : , le triangle est rectangle en (ce que confirme , cercle de diamètre ).
4.c est un parallélogramme, donc (d'ailleurs ) : . Comme , on a : est la hauteur issue de du triangle .
4.d et ont la même partie imaginaire : est parallèle à l'axe , alors que est l'axe des imaginaires. Donc : est la hauteur issue de . est le point commun de deux hauteurs du triangle : c'est son orthocentre. La troisième hauteur passe bien par : et d'après 3.b.