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Enroulement de la droite réelle et angle orienté de vecteurs

Soit `\text{ABC}`un triangle rectangle en 

Sommaire

Rappels et notationsCercle trigonométriqueMesure en radians d'un angle orientéPoints du cercle trigonométrique - ExemplesMesure principale d'un angle orienté✎ Détermination de la mesure principale - Méthode

Rappels et notations

Propriété (rappel)
Soit `\text{ABC}`un triangle rectangle en 
A\text AA
. Pour tout 
D\text DD
point de 
[AB][\text{AB}][AB]
, la droite
(d)(d)(d)
parallèle à 
(AC)(\text{AC})(AC)
passant par 
D\text DD
coupe
[BC][\text{BC}][BC]
. Si on appelle
E\text EE
le point d'intersection de
(d)(d)(d)
 et
[BC][\text{BC}][BC]
, on a
ABBC=BDBE\dfrac{\text{AB}}{\text{BC}}=\dfrac{\text{BD}}{\text{BE}}BCAB​=BEBD​
et
ACBC=DEBE\dfrac{\text{AC}}{\text{BC}}=\dfrac{\text{DE}}{\text{BE}}BCAC​=BEDE​
Cette propriété découle du théorème de Thalès appliqué aux triangles emboîtés
BDE\text{BDE}BDE
et
ABC\text{ABC}ABC
. On remarque que le triangle
BDE\text{BDE}BDE
est rectangle en
D\text DD
.
Définition
Soit `\text{ABC}`un triangle rectangle en 
A\text AA
.
On définit les réels suivants :
cos(ABC^)=ABBC\text{cos}(\widehat{\text{ABC}})=\dfrac{\text{AB}}{\text{BC}}cos(ABC)=BCAB​
;
cos(BCA^)=ACBC\text{cos}(\widehat{\text{BCA}})=\dfrac{\text{AC}}{\text{BC}}cos(BCA)=BCAC​
sin(ABC^)=ACBC\text{sin}(\widehat{\text{ABC}})=\dfrac{\text A\text C}{\text B\text C}sin(ABC)=BCAC​
; 
sin(ABC^)=ABBC\text{sin}(\widehat{\text{ABC}})=\dfrac{\text{AB}}{\text{BC}}sin(ABC)=BCAB​
Remarque
Dans ce chapitre, la notation
ABC^\widehat{\text{ABC}}ABC
indique aussi bien l'angle géométrique, de sommet le point
B\text BB
et de côtés les demi-droites 
[BA)[\text {BA})[BA)
et 
[BC)[\text {BC})[BC)
 que sa mesure.
Définition
Soit
CCC
un cercle et
M\text MM
un point de 
CCC
. La tangente à 
CCC
 au point
M\text MM
est la droite n'ayant qu'un seul point d'intersection avec 
CCC
: le point
M\text MM
.
Remarque 
Le mot tangente provient du latintangerequi signifie toucher. 
Propriété (admise)
Soit
O\text OO
le centre du cercle
CCC
. La tangente au cercle au point 
M\text{M}M
est perpendiculaire à la droite
(OM)(\text{OM})(OM)
.

Cercle trigonométrique

Définition 
Dans un repère orthonormé du plan 
(O,I,J)(\text{O},\text{I},\text{J})(O,I,J)
, lecercle trigonométriqueest le cercle de centre 
O\text OO
et derayon \(1\)parcouru dans lesens direct, contraire à celui des aiguilles d'une montre.  
Remarques
  • Le sens de parcours du cercle trigonométrique s'appelle le sens trigonométrique, le sens direct ou le sens antihoraire.
  • Le sens de parcours contraire au sens direct s'appelle le sens anti-trigonométrique, le sens indirect ou le sens horaire. 

Mesure en radians d'un angle orienté

Le plan est muni d'un repère orthonormé\(\text{(O,I,J)}\). 
Définition
Soit
M\text MM
un point du cercle trigonométrique.
L'angle\(\widehat{\text{IOM}}\)muni du sens trigonométrique s'appelleangle orienté. 
Propriété
Soit\((d)\)la droite tangente au cercle trigonométrique au point
(1;0)\text{(1;0)}(1;0)
et
xxx
un nombre réel. Par enroulement de la droite\((d)\)autour du cercle trigonométrique, à tout point de
(d)(d)(d)
de coordonnées
(1;x)(1;x)(1;x)
, on associe un unique point 
\text{M}
du cercle trigonométrique.
    • On dit que 
\text{M}
est l'imagedu réel
xxx
par l'enroulement de la droite
(d)(d)(d)
sur le cercle trigonométrique.
    • Le réel 
x
se nommemesure de l'angle \(\widehat{\text{IOM}}\)en radians. 
    • Le radian est une unité de mesure d'angles orientés.
Propriété
Lorsque
0\leq x\leq 2\pi
, la mesure d'un angle orienté en radians correspond à la longueur de l'arc de cercle d'extrémités
I\text{I}I
et
M\text{M}M
, noté
IM⌢\overset{\frown}{\text{IM}}IM⌢
.
Propriété  
Deux points de la droite numérique d'ordonnées respectives
x
et
y
correspondent, par enroulement, au même point du cercle trigonométrique lorsque
y-x
est un multiple de
2\pi
, soit lorsqu'il existe un entier relatif
k
tel que
y-x=2k\pi
.
Remarque
La propriété précédente implique que, étant donné l'angle orienté\(\widehat{\text{IOM}}\), plusieurs mesures en radians peuvent lui être associées.
Le fichier de géométrie dynamique permet d'observer l'enroulement de la droite
(d)
sur le cercle trigonométrique.

Points du cercle trigonométrique - Exemples

    • Le point de la droite 
(d)(d)(d)
d'ordonnée
\pi/2
correspond, par enroulement, au point du cercle trigonométrique de coordonnées
(0;1)
.
    • Le point de la droite 
(d)(d)(d)
d'ordonnée
\pi
correspond, par enroulement, au point du cercle trigonométrique de coordonnées
(-1;0)
.
    • Le point de la droite 
(d)(d)(d)
d'ordonnée
2\pi
correspond, par enroulement, au point du cercle trigonométrique de coordonnées
(0;1)
. On retrouve la mesure de la longueur du cercle de rayon
1
.
    • Le point de la droite 
(d)(d)(d)
d'ordonnée
\pi / 4
correspond, par enroulement, au point
M\text MM
du cercle trigonométrique tel que la longueur de l'arc 
IM⌢\overset{\frown}{\text{IM}}IM⌢
soit égale à un quart de celle du demi-cercle. On en déduit la mesure en degrés de l'angle\(\widehat{\text{IOM}}\)soit
45∘45^\circ45∘
.
Remarque
Lorsque
x
est négatif, on considère l'arc de cercle dans le sens indirect. Ainsi, le point de la droite numérique d'abscisse
-\pi/2
correspond, par enroulement, au point du cercle trigonométrique de coordonnées
(0;-1)
.
    • Les points de la droite 
(d)(d)(d)
d'ordonnées respectives
a=\pi/2
et
b=\frac{9\pi}{2}
correspondent, par enroulement, au point du cercle trigonométrique de coordonnées
(0;1)
. La différence
b-a=4\pi
est bien un multiple de
2\pi
.
    • Les point de la droite 
(d)(d)(d)
d'ordonnées respectives
a=\pi/6
et
b=-\frac{11\pi}{6}
correspondent, par enroulement, au même point du cercle trigonométrique. En effet, la différence
b-a=-2\pi
est bien un multiple de
2\pi
.

Mesure principale d'un angle orienté

Le plan est muni d'un repère orthonormé\(\text{(O,I,J)}\). 
Définition 
Soit\(\text M\)un point du cercle trigonométrique.
On appelle mesure principale de l'angle orienté
IOM^\widehat{\text{IOM}}IOM
la mesure de l'angle orienté\(\widehat{\text{IOM}}\)appartenant à l'intervalle 
]-\pi; \pi]
.
Exemples 
En se référant à la figure précédente :
    • la mesure principale de l'arc orienté\(\widehat{\text{IOI}}\)est
0
 ;
    • la mesure principale de l'arc orienté\(\widehat{\text{IOJ}}\)est`\pi /2` ;
    • la mesure principale de l'arc orienté\(\widehat{\text{IOJ'}}\)est `-\pi /2` ;
    • soit\(\text M\)le point du cercle trigonométrique tel que la mesure en degrés de l'angle`\hat{\text{IOM}}`soit`30°`, alors la mesure principale de l'arc orienté`\hat{\text{IOM}}`est`\pi/6`.

✎ Détermination de la mesure principale - Méthode

Méthode
Lorsqu'on souhaite déterminer la mesure principale d'un angle orienté de mesure
x
, on cherche un réel
x'
appartenant à l'intervalle
]-\pi; \pi]
et un entier
k
tels que
x=x'+2k\pi
.
Exemples
    • La mesure principale de l'angle orienté de mesure
x=12\pi
est
x'=0
. En effet, 
x=0+2×6×πx=0+2\times 6 \times \pix=0+2×6×π
. On remarque également que
x
est multiple de
2\pi
.
    • La mesure principale de l'angle orienté de mesure
x={7\pi] /3
est
x'=\pi / 3
. En effet, 
x=\pi / 3+2\pi
.
    • La mesure principale de l'angle orienté de mesure
x=-{14\pi] /3
est
x'=-{2\pi} / 3
. En effet, 
x=-{2\pi} /3-4\pi
.
    • La mesure principale de l'angle orienté de mesure
x={101\pi] /6
est
x'={5\pi} / 6
. En effet, 
x={5\pi} /6+16\pi
.
    • La mesure principale de l'angle orienté de mesure
x={15\pi] /2
est
x'=-{\pi} / 2
. En effet, 
x={\pi} /2+7\pi=-{\pi} /2+8\pi
. On remarque que la mesure principale est bien
x′=−π2x'=-\dfrac\pi 2x′=−2π​
et non
π2\dfrac \pi 22π​
 . En effet, 
x−x′=8πx-x'=8\pix−x′=8π
est bien un multiple de
2π2\pi2π
, ce qui n'est pas le cas de
7π7\pi7π
.