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Fonctions trigonométriques : radians, cercle unité, courbes et identités

Un angle d'un radian découpe sur le cercle un arc égal au rayon, donc π radians = 180°. Sur un cercle unité, le point d'angle x est P = (cos x, sin x), ce qui donne sin²x + cos²x = 1 et étend le sinus et le cosinus à tous les nombres réels. Les signes suivent la règle « Tous, Sin, Tan, Cos » dans les quadrants I à IV ; sin x et cos x se répètent tous les 2π et restent entre −1 et 1. Les formules d'addition comme cos(A + B) = cos A cos B − sin A sin B mènent à tan(A + B), cot(A + B), aux formules somme-produit, de duplication et de triplication.

🎬 L'histoire pas à pas

  1. Un cercle de rayon 2. Un arc vert s'allonge jusqu'à avoir exactement la longueur du rayon. L'angle au centre vaut alors 1 radian, soit environ 57.3°.
  2. Disons maintenant que le rayon vaut 1 unité : c'est un cercle unité. Le point P est à l'angle x. Sa distance horizontale (bleue) est cos x, sa hauteur (rouge) est sin x. Le côté oblique vaut 1, donc sin²x + cos²x = 1.
  3. Déplace P à 150°. Il est dans le quadrant II : la distance horizontale est négative, la hauteur est positive. Donc sin est +, cos est −. Les étiquettes montrent la règle des signes pour les quatre quadrants.
  4. P tourne encore et encore. Sa hauteur est recopiée vers la droite, degré après degré, et trace l'onde y = sin x. Après 360°, l'onde se répète.
  5. L'angle A (vert), puis l'angle B (violet) ajouté par-dessus. P arrive en A + B. L'affichage vérifie que cos A cos B − sin A sin B = cos(A + B).
  6. Jeu libre : fais glisser l'angle x et observe cos x, sin x, tan x et l'identité.

Astuce : fais glisser la scène 3D pour la tourner. Utilise deux doigts pour zoomer.

🤔 Les doutes courants, éclaircis

Pourquoi a-t-on besoin des radians alors que les degrés marchent ?

Les radians mesurent l'angle par la longueur de l'arc (l = rθ), ce qui rend les formules et le calcul différentiel plus simples. L'étape 1 montre l'arc égal au rayon.

Comment sin 200° peut-il exister s'il n'y a pas de triangle rectangle avec un angle de 200° ?

Sur le cercle unité, sin x est simplement la hauteur de P. P peut être à n'importe quel angle, même 200°, donc sin existe pour tout x.

Comment retenir quels rapports sont positifs ?

Tous Sont Toujours Chics : Tous en I, Sin en II, Tan en III, Cos en IV. L'étape 3 montre les étiquettes.

Pourquoi sin x ne dépasse-t-il jamais 1 ?

sin x est la hauteur d'un point sur un cercle de rayon 1. Il ne peut pas être plus haut que le sommet du cercle.

Pourquoi sin(A + B) n'est-il pas sin A + sin B ?

Essaie A = B = 30° : sin 60° ≈ 0.866 mais sin 30° + sin 30° = 1. À l'étape 5, l'affichage montre que la vraie formule fonctionne.

Où tan x n'est-il pas défini ?

tan x = sin x/cos x, donc en 90°, 270°, … là où cos x = 0. Glisse jusqu'à 90° en jeu libre : l'affichage retire tan.

Degrés et radians

Un radian est l'angle au centre quand l'arc a la même longueur que le rayon (étape 1 de la 3D). Le cercle entier a pour arc 2πr, il vaut donc 2π radians.

Définitions sur le cercle unité et sin²x + cos²x = 1

Dessine un cercle de rayon 1 centré à l'origine. Tourne un rayon d'un angle x à partir de l'axe des x positif. Il se termine en P(a, b). On définit cos x = a et sin x = b.

Cela marche pour tout réel x, même plus grand que 360° ou négatif. Ensuite tan x = sin x / cos x (cos x ≠ 0), cot x = cos x / sin x, sec x = 1/cos x, cosec x = 1/sin x.

P est à distance 1 du centre, donc par Pythagore a² + b² = 1, c'est-à-dire sin²x + cos²x = 1. Divise par cos²x : 1 + tan²x = sec²x. Divise par sin²x : 1 + cot²x = cosec²x.

Signes, ensemble de définition, image et courbes

Signes selon le quadrant (étape 3) : I tout est +, II sin et cosec sont +, III tan et cot sont +, IV cos et sec sont +.

L'étape 4 trace y = sin x à partir du cercle : elle part de 0, atteint 1 en π/2, revient à 0 en π, descend à −1 en 3π/2. cos x est la même onde décalée vers la gauche de π/2.

Formules d'addition et de soustraction

Cas particuliers : cos(π/2 − x) = sin x, sin(π/2 − x) = cos x, sin(π − x) = sin x, cos(π − x) = −cos x, sin(π + x) = −sin x, cos(2π − x) = cos x.

Idée de la preuve (avec nos propres étapes) : place P à l'angle A + B et Q à l'angle 0 ; place ensuite R à l'angle A et S à l'angle −B. La corde PQ et la corde RS sous-tendent le même angle A + B, elles sont donc égales. Écris les deux avec la formule de distance, simplifie avec sin² + cos² = 1, et cos(A + B) apparaît. Les autres formules s'en déduisent en remplaçant B par −B ou A par π/2 − A.

Angle double, angle triple et somme en produit

Angle double (on pose B = A)

Angle triple

Somme en produit

Et dans l'autre sens : 2 sin x cos y = sin(x + y) + sin(x − y), 2 cos x cos y = cos(x + y) + cos(x − y), −2 sin x sin y = cos(x + y) − cos(x − y).

À toi de jouer

À la maison : attache un fil à un bouchon de bouteille, tends-le comme un rayon, puis pose la même longueur de fil le long du bord d'une assiette ronde. Marque l'angle qu'il fait au centre : c'est 1 radian. Combien de fils comme celui-ci font le tour du bord ? (Un peu plus de 6, car 2π ≈ 6.28.)

Dans la 3D : à l'étape 5, choisis A = 45°, B = 30° et vérifie que l'affichage donne sin 75° ≈ 0.966. En jeu libre, prédis le signe de cos 200° avant de faire glisser.

Formules et définitions clés

Exemples résolus

1. Convertis 40°20′ en radians.

40°20′ = 40⅓° = 121/3°. Radians = (121/3) × π/180 = 121π/540.

2. Convertis 6 radians en degrés (π ≈ 22/7).

6 × 180/π = 1080 × 7/22 ≈ 343.64° ≈ 343°38′.

3. Une roue de rayon 35 cm tourne de 72°. Quelle distance parcourt un point du bord ?

θ = 72 × π/180 = 2π/5. l = rθ = 35 × 2π/5 = 14π ≈ 44 cm.

4. Si cos x = −3/5 et x est dans le quadrant III, trouve les cinq autres rapports.

sin²x = 1 − 9/25 = 16/25. En III, sin est négatif : sin x = −4/5. tan x = (−4/5)/(−3/5) = 4/3, cot x = 3/4, sec x = −5/3, cosec x = −5/4.

5. Trouve sin 765° et cos(−1710°).

765° = 2 × 360° + 45°, donc sin 765° = sin 45° = 1/√2. −1710° = −5 × 360° + 90°, donc cos(−1710°) = cos 90° = 0.

6. Trouve sin 75° (l'exemple de l'étape 5).

sin(45° + 30°) = sin 45° cos 30° + cos 45° sin 30° = (1/√2)(√3/2) + (1/√2)(1/2) = (√3 + 1)/(2√2) ≈ 0.966.

7. Trouve tan 15°.

tan(45° − 30°) = (1 − 1/√3)/(1 + 1/√3) = (√3 − 1)/(√3 + 1) = (√3 − 1)²/2 = (4 − 2√3)/2 = 2 − √3.

8. Démontre que (sin 5x + sin 3x)/(cos 5x + cos 3x) = tan 4x.

Numérateur = 2 sin 4x cos x ; dénominateur = 2 cos 4x cos x (somme en produit). Le quotient vaut sin 4x / cos 4x = tan 4x.

9. Si sin x = 1/3, trouve sin 3x et cos 2x.

sin 3x = 3(1/3) − 4(1/27) = 1 − 4/27 = 23/27. cos 2x = 1 − 2(1/9) = 7/9.

Erreurs fréquentes

Quiz d'entraînement

1. π/3 radians en degrés vaut :
2. Dans quel quadrant sin et cos sont-ils tous les deux négatifs ?
3. L'image de cos x est :
4. cos(A − B) est égal à :
5. cos 2x n'est PAS égal à :

Entraînement : réponds toi-même

Écris ou choisis ta réponse, puis appuie sur Vérifier. Prends un indice si tu bloques ; la solution complète s'affiche après ta réponse.

Questions fréquentes

Comment convertir des degrés en radians ?

Multiplie les degrés par π/180. Par exemple, 60° = 60π/180 = π/3.

Quelle est la formule de cos(A + B) ?

cos(A + B) = cos A cos B − sin A sin B.

Quelles sont les formules de l'angle triple ?

sin 3x = 3 sin x − 4 sin³x, cos 3x = 4 cos³x − 3 cos x, tan 3x = (3 tan x − tan³x)/(1 − 3 tan²x).

Où c'est enseigné

Canada (Ontario)Grade 11C. Trigonometric Functions
Canada (Ontario)Grade 11D. Trigonometric Functions
Canada (Ontario)Grade 12C. Trigonometric Functions
Canada (Ontario)Grade 12B. Trigonometric Functions
ItalySecondaria di secondo grado – classe 3ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 3ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 4ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 4ªGeometry
NetherlandsHAVO 5 (eindexamenjaar)Functions, graphs and equations (part 2)
NetherlandsVWO 5Trigonometric functions
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IITrigonometry
RomaniaClasa a IX-aTrigonometry: Trigonometric functions and equations
RomaniaClasa a IX-aTrigonometry and applications in geometry
RomaniaClasa a IX-aTrigonometry: Elements of trigonometry
Ukraine10 класAlgebra: trigonometric functions (42 h)
Ukraine10 класAlgebra: trigonometric functions (34 h)
Ukraine10 класAlgebra: trigonometric functions (18 h)
CBSE (India)Class 11Sets and Functions
England (GCSE, A level)Year 12E Trigonometry
England (GCSE, A level)Year 13E Trigonometry
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Trigonometric functions
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Trigonometry of general triangles and trigonometric functions
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Polynomial and Rational Functions
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Trigonometric and Polar Functions
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Trigonometry
Japan高校(専門学科)1〜3年Advanced Mathematics II
Japan高校2年Trigonometric functions
South Korea고등학교 2학년Trigonometric functions
South Korea고등학교 2학년Differentiation techniques
South Korea고등학교 3학년Trigonometric functions
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 10Sine and cosine functions
FrancePremièreAnalysis
FrancePremièreMathematics
FrancePremièreMathematics
FranceTerminaleAnalysis
Russia10 классNumbers and calculations
Russia10 классNumbers and calculations
Russia10 классEquations and inequalities
Russia10 классFunctions and graphs
Russia11 классFunctions and graphs
China高一Ch.5 Trigonometric functions

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