Transformer l'expression acos⁡(ωt)+bsin⁡(ωt){\color{red}{a\cos \left(\omega t\right)+b\sin \left(\omega t\right)}} en Acos⁡(ωt+φ){\color{blue}{A\cos \left(\omega t+\varphi \right)}} - Exercice 1

7 min
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On considère la fonction ff définie sur R\mathbb{R} par : f(t)=2cos⁡(5t)−2sin⁡(5t)f\left(t\right)=\sqrt{2} \cos \left(5t\right)-\sqrt{2} \sin \left(5t\right)
Question 1

Pour tout réel tt, écrire f(t)f\left(t\right) sous la forme Acos⁡(5t+φ)A\cos \left(5 t+\varphi \right) avec AA et φ\varphi à déterminer.

Correction
La fonction f(t)=2cos⁡(5t)−2sin⁡(5t)f\left(t\right)=\sqrt{2} \cos \left(5t\right)-\sqrt{2} \sin \left(5t\right) est bien de la forme acos⁡(ωt)+bsin⁡(ωt)a\cos \left(\omega t\right)+b\sin \left(\omega t\right) . On identifie a=2a=\sqrt{2} ; b=−2b=-\sqrt{2} et ω=5\omega =5
Pour pourvoir exprimer f(t)f\left(t\right) sous la forme Acos⁡(5t+φ)A\cos \left(5 t+\varphi \right). Il va falloir suivre les deux étapes suivantes.
  • Premieˋre eˊtape :\blue{\text{Première étape :}} Calculons la valeur de AA
  • La valeur de AA est égale à
    A=a2+b2A=\sqrt{a^{2} +b^{2} }
    A=(2)2+(−2)2A=\sqrt{\left(\sqrt{2} \right)^{2} +\left(-\sqrt{2} \right)^{2} }
    A=2+2A=\sqrt{2+2}
    A=4A=\sqrt{4}
    Ainsi :
    A=2A=2
  • Deuxieˋme eˊtape :\blue{\text{Deuxième étape :}} Nous allons factoriser f(t)f\left(t\right) par la valeur A=2A=2
  • Soit f(t)=2cos⁡(5t)−2sin⁡(5t)f\left(t\right)=\sqrt{2} \cos \left(5t\right)-\sqrt{2} \sin \left(5t\right) . Factorisons cette expression par A=2A=2. Cela nous donne :
    f(t)=2(2cos⁡(5t)−2sin⁡(5t)2)f\left(t\right)=2\left(\frac{\sqrt{2} \cos \left(5t\right)-\sqrt{2} \sin \left(5t\right)}{2} \right)
    f(t)=2(2cos⁡(5t)2−2sin⁡(5t)2)f\left(t\right)=2\left(\frac{\sqrt{2} \cos \left(5t\right)}{2} -\frac{\sqrt{2} \sin \left(5t\right)}{2} \right)
    f(t)=2(22cos⁡(5t)−22sin⁡(5t))f\left(t\right)=2\left(\frac{\sqrt{2} }{2} \cos \left(5t\right)-\frac{\sqrt{2} }{2} \sin \left(5t\right)\right)
    L'expression 22cos⁡(5t)−22sin⁡(5t)\frac{\sqrt{2} }{2} \cos \left(5t\right)-\frac{\sqrt{2} }{2} \sin \left(5t\right) est de la forme cos⁡(a)cos⁡(b)−sin⁡(a)sin⁡(b)\cos \left({\color{blue}{a}}\right)\cos \left({\color{red}{b}}\right)-\sin \left({\color{blue}{a}}\right)\sin \left({\color{red}{b}}\right)
    Nous devons chercher une valeur de θ\theta qui vérifie cos⁡(θ)=22\cos \left(\theta \right)=\frac{\sqrt{2} }{2} et sin⁡(θ)=22\sin \left(\theta \right)=\frac{\sqrt{2} }{2}
    A l'aide du cercle trigonométrique ci-dessous, θ=π4\theta =\frac{\pi}{4} convient car cos⁡(θ)=22\red{\cos \left(\theta \right)=\frac{\sqrt{2} }{2} } et sin⁡(θ)=22\green{\sin\left(\theta \right)=\frac{\sqrt{2} }{2} }
    Nous pouvons alors écrire que :
    f(t)=2(22cos⁡(5t)−22sin⁡(5t))f\left(t\right)=2\left(\red{\frac{\sqrt{2} }{2}} \cos \left(5t\right)-\green{\frac{\sqrt{2} }{2} }\sin \left(5t\right)\right)
    f(t)=2(cos⁡(π4)sin⁡(5t)−sin⁡(π4)sin⁡(5t))f\left(t\right)=2\left(\red{\cos \left(\frac{\pi}{4}\right)} \sin \left(5t\right)-\green{\sin \left(\frac{\pi}{4}\right)} \sin \left(5t\right)\right)
    Or, nous savons que : cos⁡(a+b)=cos⁡(a)cos⁡(b)−sin⁡(a)sin⁡(b)\cos \left({\color{blue}{a}}+{\color{red}{b}}\right)=\cos \left({\color{blue}{a}}\right)\cos \left({\color{red}{b}}\right)-\sin \left({\color{blue}{a}}\right)\sin \left({\color{red}{b}}\right)
    Ainsi :
    f(t)=2cos⁡(5t+π4)f\left(t\right)=2\cos \left(5 t+\frac{\pi}{4} \right)

    f(t)f\left(t\right) est bien sous la forme Acos⁡(5t+φ)A\cos \left(5 t+\varphi \right) avec A=2A=2 et φ=π4\varphi=\frac{\pi}{4} .

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