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MATHEMATIQUES :

Liste des cours niveau bac.

 

 

 

 Niveau : supérieur niveau 4

 

 

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LES NOMBRES COMPLEXES.

 

 

 

 

 

 

 

 

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Ø 1°)   Ensemble : Construction du corps .

 

Ø 2°)    Résumé Classe T S .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 – CONSTRUCTION DU CORPS DES NOMBRES COMPLEXES.

 

 

 

 

 

A ) Définition :

 

Notons par  :         l’ensemble des couples de réels :       

 

Les éléments de    sont appelés des  « nombres complexes ».

 

 

 

 

 

 

Comme il n’est pas pratique de travailler avec des couples ( notations un peu lourdes ) nous allons voir (voir le théorème 1 ci-dessous) que l’on peut noter les éléments de    de manière commode et faciliter ainsi le calcul.

 

 

 

 

 

Théorème 1 :

 

 

L’ensemble     peut être muni de deux lois     et   qui prolonge les lois    et     de  .

L’ensemble     contient « une copie » de L’ensemble     .

Il existe dans  un élément  , noté  «  »   , tel que  

Tout élément   de    s’ écrit , de manière unique :      ,     «  » et «  » sont des réels.

Les règles de calculs ( avec les lois   et   ) dans  seront donc les mêmes que dans  en remplaçant  ou vice versa.

 

 

 

 

 

 

 

 

Voir la démonstration ci-dessous : (remarque :  nous sommes dans le niveau de formation  4  cette démonstration est de  niveau 3 (après BAC) )

 

 

 

 

 

On muni l’ensemble    des deux lois de composition interne suivantes :

 

 

 

·       La première , notée    est définie par :  

 

 

 

·       La seconde , notée    est définie par : 

 

 

 

 

 

 

Par exemple :    avec    et     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

On vérifie facilement que : (   ;   ;   )  est un corps commutatif .

 

                                    C’est -à-dire : la loi   est associative et commutative , quelle admet un élément neutre   et tout élément   admet un opposé  ; 

 

 

 

                                       Et la loi     est   associative , commutative , distributive par rapport à la loi   , admet un élément neutre   et tout élément    admet un inverse .

 

 

 

 

 

Nous allons considérer  l’application : 

 

 

 

 

 

 

Lire : « a » dans  R à pour image ( a , 0) dans l’ensemble C )

 

 

 

 

On dit que :       Alors   un morphisme de corps.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Info :

Morphisme de groupe :

  Parmi les applications d'un groupe G dans un groupe G', certaines sont plus importantes que d'autres : ce sont celles qui respectent la structure de groupe.

 

 Définition : Soit f une application de G dans G'; on dit que f est un (homo)morphisme de groupes si, pour tous  et  de G, on a :

f(×)=f()×f()

 

Ceci signifie la chose suivante : si on prend deux éléments  et du groupe de départ, on peut :

  • ou calculer d'abord ×, puis appliquer f,
  • ou calculer individuellement f() et f(), puis calculer le produit f()× f(),

on doit trouver le même résultat.

  Donnons quelques définitions relatives aux morphismes de groupes, et qui peuvent aussi s'appliquer à d'autres types de morphismes :

  • f est un isomorphisme de groupes si f est une bijection. On prouve alors aussi que f-1 est un morphisme de groupes.
  • f est un automorphisme de groupes si f est un isomorphisme et si G=G' (même groupe au départ et à l'arrivée).
  • Le noyau de f, noté Ker f, est l'ensemble des  de G tels que f()=1G'. Ker f est un sous-groupe de G, et on prouve que f est injective si et seulement si Ker f={1G}.
  • L'image de f est Im(f)={yhttp://www.bibmath.net/dico/images/in.gif; il existe x de G tel que y=f()}. Im(f) est un sous-groupe de G'.
  • Le conoyau de f est le groupe quotient G/Ker(f). f induit alors un isomorphisme de groupe de G/Ker(f) sur Im(f).

 

 

 

 

 

 

On dit que :       Alors   un morphisme de corps. ;C’est que nous allons montrer .

 

 

 

 

 

( par l’addition)

 

 

 

 

 

 

 

(par la multiplication)

 

 

 

 

 

 

Remarque : On remarque que si les secondes composantes sont nulles , alors les lois     et   se comportent comme les lois usuelles  et   sur les réels.

 

 

 

 

 

 

 

 

Exemple : 

 

 

 

 

 

De plus injectif :   

 

 

 

 

 

Donc    induit  un isomorphisme  entre les corps  ( e t  

 

On peut donc identifier les éléments de     avec ceux de  .

 

On peut dire que  l’ensemble   contient donc une copie de  .

 

Par la suite , on note donc simplement    les deux lois de       et lorsqu’un couple a sa deuxième composante nulle ( couples de la forme    on le notera tout  simplement    

 

Cette notation permet de confondre les éléments de   avec  leur copie  ( éléments de  ………

 

On a de plus :  

 

 

 

 

 

Notons :                

   

 

 

Ainsi :        

 

 

 

 

 

Enfin , pour tous réels   et    on a   : 

 

 

 

 

 

 

C'est-à-dire , avec la notation ci-dessus :

 

 

 

 

 

 

Autrement dit , tout élément  de    de   peut s’écrire :   

 

 

 

 

 

Cette écriture est unique . En effet :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ce dernier résulta est fort utile , nous allons le mettre en évidence :

 

 

 

 

 

Théorème D  : Egalité entre deux nombres complexes .

 

Soit  quatre nombres réels.

 

 

 

 

 

 

En particulier ,  si et seulement si   . On parle de nombre complexe nul.

 

 

 

 

 

Démonstration du théorème D :

 

 

 

Ejà fait ci-dessus. ON peut néanmoins en donner une preuve différence.

Montrons , pour commencer , l’équivalence : 

 

 

 

·        déjà , il est clair que si   alors 

·       Réciproquement , supposons que   , montrons qu’alors , nécessairement  .

 

En effet si    , alors  on pourrait écrire  que   :    . Le nombre « i » serait réel et on pourrait avoir :       

 

 

 

Donc   . L’égalité     se réduit  à    d’où  

 

 

 

 

 

On a donc montré que  si     alors 

 

 

 

Considérons maintenant deux nombres complexes :   et 

 

 

 

 

 

·       On peut écrire :   que si    

 

 

 

 

 

·       Réciproquement , supposons que   . Alors , on a 

 

 

 

 

 

Et d’après ce qui précède :  

 

 

 

 

 

Voir des exercices …terminale S …..

 

 

 

 

 

Définition suite :

Soit   Z  ;       ( avec  et  réels ). Le réel   s’appelle la partie réelle de   et  la partie imaginaire.

 

On note    :                      et    

 

 

 

 

 

 

Exemples :          ;  

 

 

 

 

 

Ainsi :  On a     Re ( Z ) = 3    ; Im (Z) = 2   ;    Re (Z’) = 0 ; Im(Z’) = -3

 

Attention : se souvenir que la partie imaginaire d’un nombre complexe est un nombre réel.

 

 

 

 

 

Autre définition :

 

 Tout nombre complexe de la forme      ( où   ) s’appelle un imaginaire pur .

 

Exemple :  est un imaginaire pur.

 

 

 

 

 

 

Remarques.

 

 

 

·       Dans l’ensemble  , il n’y a plus la notion d’ordre usuelle .

 

 

 

 

 

Ce qui ne signifie pas que l’on ne puisse pas ordonner C .On dit juste que la relation d’ordre usuelle connue sur R ne se prolonge pas à C.

 

 

 

 

 

On ne pourra pas , à ce niveau comparer un nombre complexe à un autre ou dire s’il est positif ou négatif  etc… ( excepté pour les imaginaires pur où l’on peut définir un ordre naturel comme pour les réels).

 

 

 

 

 

·       On  évitera  l’usage abusif du symbole radical     qui reste réservé aux réels positifs.

 

 

 

 

 

·       Les applications  Re :   et Im :     sont     - linéaires . Cela signifie :

 

 

 

 

 

Donc :

 

 

 

 

 

(à traduire !!!!!!!!)

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Les TERMINALE    S  .  Résumé .

 

 

 

 

 

A )  Ensemble des nombres complexes.

 

 

 

 

 

Premières définitions :

 

 

 

 

 

·       L’ensemble des nombres complexes  , noté      , est l’ensemble des nombres de la forme        et décrivent l’ensemble des réels  et où    vérifie 

 

 

 

·           est appelée   forme algébrique du nombre complexe.

Avec            est la partie réelle   et       la partie imaginaire.

 

 

 

 

 

 

Notation utilisée :     si       alors     et  

 

 

 

 

 

On peut remarquer :

·       Un imaginaire pur  est un nombre complexe dont la partie réelle est nulle.

·       Un réel pur est un nombre complexe dont la  partie imaginaire est nulle.

 

 

 

 

 

 

 

 

B ) Calculs algébriques dans    

 

 

 

 

 

  sont deux nombres complexes tels que  

 

 

 

 

 

Propriété 1  :

 

 

 

 

Propriété 2 :

 

 

 

Les règles connues pour l’addition et la multiplication dans      s’étendent  à  

 

 

 

 

 

Exemple type :  calculez :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

“ i2 = - 1 “

 

 

 

 

Propriété 3 :

 

 Tout complexe     admet un unique inverse  noté :  

 

Conséquence : Comme dans     si     ;  

 

 

 

Définition :   Le complexe conjugué  de     est le complexe , noté  

 

Tel que si   z = x + i y     , alors     

 

 

 

 

 

Conjugué et opérations :

 

 

 

 

 

 

Pour  tout    ,

 

 

 

Si    ,           et     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Exercices :

 

 

 

 

 

Enoncé :

  z et  z’ sont deux nombres complexes tels que :     et  

 

 

 

Ecrire les nombres suivants sous forme algébrique :

 

 

 

a)                 b)          c )            d)           e ) 

 

 

 

 

 

 

 

 

Autre exercice :

 

 

  On donne deux nombres   complexes   :       et 

 

 

 

 

 

Calculer :     ;     ;   ;   ;    ;