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>[!tip] Tags
> #Sin #Cos #Tan #CercleTrigonométrique #Conversiondesangles #Utilisationdelacalculatrice
> [!note] Fil directeur
> À la fin de ce chapitre, vous serez capable de :
> - Définir et représenter les fonctions trigonométriques sur le cercle unitaire.
> - Appliquer les relations fondamentales entre le sinus, le cosinus et la tangente.
> - Effectuer des changements d'unités entre degrés et radians.
> - Résoudre des équations trigonométriques simples.
>[!example] Contenu de ce cours
> - Définition du cercle trigonométrique
> - Emplacement des points sur le cercle unitaire
> - Conversion entre degrés et radians
> - Utilisation de la calculatrice
> - Résolution des équations trigonométriques
# Le Cercle Trigonométrique
Les définitions du sinus, du cosinus et de la tangente basées sur le triangle rectangle ne s'appliquent qu'aux angles aigus ($0^\circ < \theta < 90^\circ$). Pour étendre la trigonométrie à des angles quelconques (négatifs, supérieurs à $90^\circ$, etc.), on utilise le **cercle trigonométrique** (ou cercle unitaire).
> [!definition] Cercle Trigonométrique
> Le **cercle trigonométrique** est un cercle de rayon $R=1$ centré à l'origine $O(0,0)$ d'un repère orthonormé $(O, \vec{i}, \vec{j})$.
> - L'axe des abscisses est l'axe des cosinus.
> - L'axe des ordonnées est l'axe des sinus.
> - Les angles sont mesurés en **radians**, en partant de l'axe positif des abscisses, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (sens positif).
## Définition des Fonctions Trigonométriques
Pour tout angle réel $\theta$ (en radians), on associe un point $M$ sur le cercle trigonométrique. Si $M(x_M, y_M)$ sont les coordonnées de ce point :
> [!definition] Sinus et Cosinus
> - Le **cosinus** de l'angle $\theta$, noté $\cos(\theta)$, est l'abscisse du point $M$.
> $ \cos(\theta) = x_M $
> - Le **sinus** de l'angle $\theta$, noté $\sin(\theta)$, est l'ordonnée du point $M$.
> $ \sin(\theta) = y_M $
![[Analyse et Données/Mathématiques/Trigonométrie/Ressources Trigonométrie/cercle.png||500]]
> [!note] Bornes des fonctions
> Puisque $M$ est sur le cercle de rayon 1, ses coordonnées $x_M$ et $y_M$ sont nécessairement comprises entre $-1$ et $1$.
>
> Pour tout angle $\alpha \in \mathbb{R}$ :
> * $-1 \le \cos(\alpha) \le 1$
> * $-1 \le \sin(\alpha) \le 1$
## Angles remarquables sur le cercle unitaire
![[cercle complet.png||500]]
>[!example] Exemple 1 :
>Sur le cercle trigonométrique, le point associé à l'angle $\frac{\pi}{6}$ a pour coordonnées : $\left(\frac{\sqrt3}{2},\frac12\right)$
> On en déduit : $\cos\left(\frac{\pi}{6}\right)=\frac{\sqrt3}{2}
\quad \text{et}\quad \sin\left(\frac{\pi}{6}\right)=\frac12$
Donc : $\tan\left(\frac{\pi}{6}\right)=\frac{\frac12}{\frac{\sqrt3}{2}}=\frac1{\sqrt3}=\frac{\sqrt3}{3}$
>[!example] Exemple 2 :
>Le point associé à l'angle $-\frac{\pi}{4}$ a pour coordonnées : $(\frac{\sqrt{2}}{2},-\frac{\sqrt{2}}{2})$
On en déduit que $\tan\left(-\frac{\pi}{4}\right)=\frac{-\frac{\sqrt{2}}{2}}{\frac{\sqrt2}{2}}=-1$
Les signes de $\sin(\theta)$ et $\cos(\theta)$ dépendent du quadrant où se trouve le point $M$ :
| Quadrant | Intervalle d'angle | $\cos(\theta)$ (abscisse) | $\sin(\theta)$ (ordonnée) | $\tan(\theta)$ |
| :------: | :----------------------: | :-----------------------: | :-----------------------: | :------------: |
| I | $0 < \theta < \pi/2$ | $+$ | $+$ | $+$ |
| II | $\pi/2 < \theta < \pi$ | $-$ | $+$ | $-$ |
| III | $\pi < \theta < 3\pi/2$ | $-$ | $-$ | $+$ |
| IV | $3\pi/2 < \theta < 2\pi$ | $+$ | $-$ | $-$ |
> [!example] Calcul de $\sin(\alpha)$ connaissant $\cos(\alpha)$
> Supposons que $\cos(\alpha) = \frac{1}{2}$ et que $\alpha \in [-\frac{\pi}{2}, 0]$.
>
> D'après la relation fondamentale : $\sin^2(\alpha) = 1 - \cos^2(\alpha)$.
> $\sin^2(\alpha) = 1 - \left(\frac{1}{2}\right)^2 = 1 - \frac{1}{4} = \frac{3}{4}$.
> Donc, $\sin(\alpha) = \sqrt{\frac{3}{4}} = \frac{\sqrt{3}}{2}$ ou $\sin(\alpha) = -\sqrt{\frac{3}{4}} = -\frac{\sqrt{3}}{2}$.
>
> L'intervalle $[-\frac{\pi}{2}, 0]$ correspond au quatrième quadrant du cercle trigonométrique, où le sinus est négatif.
> Par conséquent, $\sin(\alpha) = -\frac{\sqrt{3}}{2}$.
## Visualisation sur Geogebra
Vous pouvez déplacer le point $A$ sur le cercle afin d'observer les différentes valeurs de l'angle ainsi que celles de son sinus et de son cosinus.
<iframe src="https://www.geogebra.org/classic/e3tkhknu?embed" width="800" height="600" allowfullscreen style="border: 1px solid #e4e4e4;border-radius: 4px;" frameborder="0"></iframe>
# Mesure des Angles : Degrés et Radians
Historiquement, les angles sont mesurés en degrés. Cependant, en mathématiques avancées et en sciences de l'ingénieur, le **radian** est l'unité de mesure privilégiée car elle simplifie de nombreuses formules, notamment en calcul différentiel et intégral.
## Le Degré
Le degré ($^\circ$) est une unité de mesure d'angle où un tour complet est divisé en $360$ parties égales.
* Un tour complet : $360^\circ$
* Un demi-tour : $180^\circ$
* Un quart de tour (angle droit) : $90^\circ$
## Le Radian
> [!definition] Le Radian
> Un **radian** (rad) est la mesure d'un angle au centre d'un cercle qui intercepte un arc de cercle dont la longueur est égale au rayon du cercle.
>
> Sur le cercle trigonométrique (rayon $R=1$), un angle de $1$ radian intercepte un arc de longueur $1$.
## Relation entre Degrés et Radians
La circonférence d'un cercle de rayon $R$ est $2\pi R$. Pour le cercle trigonométrique ($R=1$), la circonférence est $2\pi$.
Ainsi, un tour complet correspond à $360^\circ$ et à $2\pi$ radians.
$ 360^\circ = 2\pi \text{ rad} $
De cette équivalence fondamentale, nous pouvons déduire les relations de conversion :
* Pour convertir des degrés en radians : $x \text{ (rad)} = x \text{ (deg)} \times \frac{\pi}{180}$
* Pour convertir des radians en degrés : $x \text{ (deg)} = x \text{ (rad)} \times \frac{180}{\pi}$
> [!example] Conversion d'angles
> 1. Convertir $60^\circ$ en radians :
> $60 \times \frac{\pi}{180} = \frac{\pi}{3}$ rad
> 2. Convertir $\frac{3\pi}{4}$ rad en degrés :
> $\frac{3\pi}{4} \times \frac{180}{\pi} = \frac{3 \times 180}{4} = 3 \times 45 = 135^\circ$
Voici un tableau des angles usuels, à connaître par cœur :
| Degrés ($^\circ$) | Radians (rad) |
| :---------------- | :------------ |
| $0$ | $0$ |
| $30$ | $\pi/6$ |
| $45$ | $\pi/4$ |
| $60$ | $\pi/3$ |
| $90$ | $\pi/2$ |
| $180$ | $\pi$ |
| $270$ | $3\pi/2$ |
| $360$ | $2\pi$ |
## Utilisation de la calculatrice
### Etape 1. Vérifier le mode de la calculatrice
Avant tout calcul trigonométrique, il faut vérifier l'unité utilisée pour les angles.
**Sur la calculatrice Casio fx-92+Collège**
1. Appuyer sur **Configuration (Setup)**.
2. Sélectionner **Paramètre calcul**.
3. Sélectionner **Unité d'angle**.
4. Choisir : **Degré** ou **Radian** selon le besoin.
5. Vérifier que l'indication **D** ou **R** apparaît en haut de l'écran.
### Etape 2. Calculer un sinus, un cosinus ou une tangente
**A- En degrés**
Lorsque l'angle est exprimé en degrés, la calculatrice doit être en mode **D**.
>[!example] Exemple
>Pour calculer le sinus de $30°$, vérifier que la calculatrice est en mode **D** puis taper $\sin(30)$
> Résultat : **$\sin(30)=0,5$**
>
![[Analyse et Données/Mathématiques/Trigonométrie/Ressources Trigonométrie/calculatrice 0.png||300]]
**B- En radians**
Lorsque l'angle est exprimé en radians, la calculatrice doit être en mode **R**.
>[!example] Exemple
>Pour calculer le cosinus de $\frac{\pi}{3}$, vérifier que la calculatrice est en mode **R** puis taper **$\cos(\pi\div 3)$**
> Résultat : $\cos(\frac{\pi}{3})=0,5$
>
![[Analyse et Données/Mathématiques/Trigonométrie/Ressources Trigonométrie/calculatrice.png||300]]
### Etape 3. Calculer un angle à partir de son sinus, cosinus ou tangente
Pour trouver un angle étant donné son sinus, cosinus ou tangente, il suffit d'utiliser les fonctions **$\arcsin$** (ou $\sin^{-1}$), **$\arccos$** (ou $\cos^{-1}$) ou **$\arctan$** (ou $\tan^{-1}$).
Pour obtenir un angle en degré, il faut que la calculatrice soit en mode **D**. De même, pour obtenir un angle en radian, on met la calculatrice en mode **R**.
>[!example] Exemple
>Pour calculer l'angle $\theta$ (en degré) tel que $\cos(\theta)=\frac{\sqrt{3}}{2}$, vérifier que la calculatrice est en mode **D** puis calculer $\cos^{-1}(\frac{\sqrt{3}}{2})$ en tapant sur **SECONDE $\cos$**.
>
> Résultat : $\cos^{-1}(\frac{\sqrt{3}}{2})=30°$
>
![[Analyse et Données/Mathématiques/Trigonométrie/Ressources Trigonométrie/cos-1.png||300]]
# Périodicité
Un angle $\alpha$ (en radians) est associé à un unique point $M$ sur le cercle trigonométrique. Ce point $M$ est obtenu en parcourant une longueur d'arc $\alpha$ (dans le sens direct si $\alpha > 0$, indirect si $\alpha < 0$) à partir du point $A(1,0)$.
On dit que $\alpha$ est une **abscisse curviligne** du point $M$. Cependant, plusieurs valeurs d'angles peuvent correspondre au même point $M$ sur le cercle.
> [!note] Ambiguïté de l'abscisse curviligne
> Si un angle $\alpha$ correspond au point $M$, alors $\alpha + 2\pi$, $\alpha - 2\pi$, $\alpha + 4\pi$, etc., correspondent aussi au même point $M$.
>
> Plus généralement, si $\alpha$ est une abscisse curviligne de $M$, alors toute valeur de la forme $\alpha + 2k\pi$, où $k \in \mathbb{Z}$, est aussi une abscisse curviligne de $M$.
Les fonctions trigonométriques sont des exemples fondamentaux de fonctions périodiques.
> [!theorem] Périodicité de Cosinus et Sinus
> Les fonctions cosinus et sinus sont périodiques de période $2\pi$.
> Pour tout $\alpha \in \mathbb{R}$ et pour tout $k \in \mathbb{Z}$ :
> $ \cos(\alpha + 2k\pi) = \cos(\alpha) $
> $ \sin(\alpha + 2k\pi) = \sin(\alpha) $
> Cela signifie que si vous ajoutez ou soustrayez un multiple entier de $2\pi$ à un angle, vous revenez au même point sur le cercle trigonométrique.
> [!theorem] Périodicité de la Tangente
> La fonction tangente est périodique de période $\pi$.
> Pour tout $\alpha$ dans son domaine de définition et pour tout $k \in \mathbb{Z}$ :
> $ \tan(\alpha + k\pi) = \tan(\alpha) $
> La cotangente a également une période de $\pi$.
>[!example]
>Les angles $\frac{\pi}{3}$ et $\frac{7\pi}{3}$ sont associés au même point du cercle trigonométrique puisque
>$\frac{7\pi}{3}=\frac{\pi}{3}+2\pi$
>Ajouter $2\pi$ revient à effectuer un tour complet du cercle.
>
>Par suite, $\cos(\frac{\pi}{3})=\cos(\frac{7\pi}{3})$ et $\sin(\frac{\pi}{3})=\sin(\frac{7\pi}{3})$.
# Résolution des équations trigonométriques
Résoudre des équations de la forme :
$\cos(x)=k,\qquad \sin(x)=k,\qquad \tan(x)=k$
à l'aide du cercle trigonométrique et des propriétés de périodicité des fonctions trigonométriques.
>[!theorem] Théorème
>Soient $x$ et $y$ deux nombres réels.
>- $\cos(x)=\cos(y) \Leftrightarrow x=y+2k\pi \quad \text{ou} \quad x=-y+2k\pi \qquad (k\in\mathbb Z)$
>- $\sin(x)=\sin(y) \Leftrightarrow x=y+2k\pi \quad \text{ou} \quad x=\pi-y+2k\pi \qquad (k\in\mathbb Z)$
>- $\tan(x)=\tan(y) \Leftrightarrow x=y+k\pi \qquad (k\in\mathbb Z)$
>
>Ces formules traduisent les symétries et la périodicité des fonctions trigonométriques.
>[!example] Exemple
Résoudre $\cos(x)=\dfrac{\sqrt2}{2}$ sur $[0;2\pi]$
On reconnaît que :
$\cos\left(\frac{\pi}{4}\right)=\frac{\sqrt2}{2}$
Donc, $\cos(x)=\cos(\frac{\pi}{4})$.
D'après le théorème précédent,
$x=\frac{\pi}{4}+2k\pi \quad \text{ou} \quad x=-\frac{\pi}{4}+2k\pi$
Seulement deux valeurs de $x$ appartiennent à $[0,2\pi]$ :
$x=\frac{\pi}{4} \quad \text{et} \quad x=-\frac{\pi}{4}+2\pi=\frac{7\pi}{4}$
L'ensemble des solutions est donc $S=\left\{\frac{\pi}{4},\frac{7\pi}{4}\right\}$.
# ➡️ C'est la fin
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- Prochain cours: [[Analyse et Données/Mathématiques/Trigonométrie/Cours 3 - Trigonométrie|Cours 3 - Trigonométrie]]
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# 🗓️ Historique
- Dernière MAJ: `06-juillet-2026`
- Rédigé par: [[Antonia JABBOUR]]
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