π
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Cours et exercices de mathématiques
14 QCM de trigonometrie avec correction
Conforme au programme officiel
Rédigé par un enseignant
SM
Concours blanc corrigé
Trigonométrie : 14 QCM corrigés
Type Concours Médecine • ENSA • ENSAM — Durée : 30 min
Chaque question comporte une seule réponse juste. Calculatrice interdite.
QCM 1
Soient $ a $ et $ b $ deux réels tels que : $ \sin a + \sin b = \frac{\sqrt{2}}{2} $ et $ \cos a + \cos b = \frac{\sqrt{6}}{2} $
Alors $ \cos(a - b) = $
(A) $ \frac{1}{2} $ (B) $ 0 $ (C) $ \frac{\sqrt{6}}{4} $ (D) $ \frac{\sqrt{2}}{4} $ (E) $ \frac{\sqrt{2}}{6} $
Voir la correction
Alors $ \cos(a - b) = $
(A) $ \frac{1}{2} $ (B) $ 0 $ (C) $ \frac{\sqrt{6}}{4} $ (D) $ \frac{\sqrt{2}}{4} $ (E) $ \frac{\sqrt{2}}{6} $
On élève au carré les deux égalités :
$ (\sin a + \sin b)^2 = \frac{1}{2} $ donne $ \sin^2 a + 2\sin a\sin b + \sin^2 b = \frac{1}{2} $ (1)
$ (\cos a + \cos b)^2 = \frac{3}{2} $ donne $ \cos^2 a + 2\cos a\cos b + \cos^2 b = \frac{3}{2} $ (2)
En additionnant (1) et (2) :
$ 2 + 2(\sin a\sin b + \cos a\cos b) = 2 $
Donc $ 2\cos(a-b) = 0 $, soit $ \cos(a-b) = 0 $.
Réponse : B
$ (\sin a + \sin b)^2 = \frac{1}{2} $ donne $ \sin^2 a + 2\sin a\sin b + \sin^2 b = \frac{1}{2} $ (1)
$ (\cos a + \cos b)^2 = \frac{3}{2} $ donne $ \cos^2 a + 2\cos a\cos b + \cos^2 b = \frac{3}{2} $ (2)
En additionnant (1) et (2) :
$ 2 + 2(\sin a\sin b + \cos a\cos b) = 2 $
Donc $ 2\cos(a-b) = 0 $, soit $ \cos(a-b) = 0 $.
Réponse : B
QCM 2
$ \displaystyle\lim_{x \to 0} \frac{x - \sin x\cos x}{x^3} = $
(A) $ 0 $ (B) $ 1 $ (C) $ \frac{1}{6} $ (D) $ \frac{5}{6} $ (E) $ \frac{2}{3} $
Voir la correction
(A) $ 0 $ (B) $ 1 $ (C) $ \frac{1}{6} $ (D) $ \frac{5}{6} $ (E) $ \frac{2}{3} $
On utilise $ \sin x\cos x = \frac{\sin 2x}{2} $, donc :
$$ \frac{x - \sin x\cos x}{x^3} = \frac{x - \frac{\sin 2x}{2}}{x^3} $$ Par la règle de L'Hôpital (appliquée 3 fois) :
$ \displaystyle\lim_{x \to 0} \frac{1 - \cos 2x}{3x^2} = \lim_{x \to 0} \frac{2\sin 2x}{6x} = \lim_{x \to 0} \frac{4\cos 2x}{6} = \frac{4}{6} = \frac{2}{3} $
Réponse : E
$$ \frac{x - \sin x\cos x}{x^3} = \frac{x - \frac{\sin 2x}{2}}{x^3} $$ Par la règle de L'Hôpital (appliquée 3 fois) :
$ \displaystyle\lim_{x \to 0} \frac{1 - \cos 2x}{3x^2} = \lim_{x \to 0} \frac{2\sin 2x}{6x} = \lim_{x \to 0} \frac{4\cos 2x}{6} = \frac{4}{6} = \frac{2}{3} $
Réponse : E
QCM 3
$ \displaystyle\lim_{x \to +\infty} \frac{\cos(x^2 + x - 1)}{x} = $
(A) $ 0 $ (B) $ 1 $ (C) $ -1 $ (D) n'a pas de limite (E) Autre réponse
Voir la correction
(A) $ 0 $ (B) $ 1 $ (C) $ -1 $ (D) n'a pas de limite (E) Autre réponse
Pour tout $ x > 0 $ : $ -1 \leq \cos(x^2 + x - 1) \leq 1 $
Donc : $ -\frac{1}{x} \leq \frac{\cos(x^2 + x - 1)}{x} \leq \frac{1}{x} $
Or $ \displaystyle\lim_{x \to +\infty} \frac{1}{x} = \lim_{x \to +\infty} \frac{-1}{x} = 0 $
Par le théorème des gendarmes : $ \displaystyle\lim_{x \to +\infty} \frac{\cos(x^2 + x - 1)}{x} = 0 $
Réponse : A
Donc : $ -\frac{1}{x} \leq \frac{\cos(x^2 + x - 1)}{x} \leq \frac{1}{x} $
Or $ \displaystyle\lim_{x \to +\infty} \frac{1}{x} = \lim_{x \to +\infty} \frac{-1}{x} = 0 $
Par le théorème des gendarmes : $ \displaystyle\lim_{x \to +\infty} \frac{\cos(x^2 + x - 1)}{x} = 0 $
Réponse : A
QCM 4
L'ensemble des solutions de l'équation $ \cos x - \sqrt{3}\sin x - \sqrt{2} = 0 $ est :
(A) $ \left\{-\frac{\pi}{12} + 2k\pi\right\} \cup \left\{-\frac{7\pi}{12} + 2k\pi\right\} $
(B) $ \left\{-\frac{5\pi}{12} + 2k\pi\right\} $
(C) $ \left\{-\frac{\pi}{8} + 2k\pi\right\} \cup \left\{-\frac{7\pi}{8} + 2k\pi\right\} $
(D) $ \left\{-\frac{5\pi}{8} + 2k\pi\right\} $
(E) $ \left\{-\frac{\pi}{5} + 2k\pi\right\} \cup \left\{-\frac{7\pi}{5} + 2k\pi\right\} $
Voir la correction
(A) $ \left\{-\frac{\pi}{12} + 2k\pi\right\} \cup \left\{-\frac{7\pi}{12} + 2k\pi\right\} $
(B) $ \left\{-\frac{5\pi}{12} + 2k\pi\right\} $
(C) $ \left\{-\frac{\pi}{8} + 2k\pi\right\} \cup \left\{-\frac{7\pi}{8} + 2k\pi\right\} $
(D) $ \left\{-\frac{5\pi}{8} + 2k\pi\right\} $
(E) $ \left\{-\frac{\pi}{5} + 2k\pi\right\} \cup \left\{-\frac{7\pi}{5} + 2k\pi\right\} $
On a $ \sqrt{1^2 + (-\sqrt{3})^2} = 2 $, donc :
$$ \cos x - \sqrt{3}\sin x = 2\left(\frac{1}{2}\cos x - \frac{\sqrt{3}}{2}\sin x\right) = 2\cos\!\left(x + \frac{\pi}{3}\right) $$ L'équation devient :
$$ 2\cos\!\left(x + \frac{\pi}{3}\right) = \sqrt{2} \iff \cos\!\left(x + \frac{\pi}{3}\right) = \frac{\sqrt{2}}{2} = \cos\frac{\pi}{4} $$ $$ x + \frac{\pi}{3} = \frac{\pi}{4} + 2k\pi \quad\text{ou}\quad x + \frac{\pi}{3} = -\frac{\pi}{4} + 2k\pi $$ $$ x = -\frac{\pi}{12} + 2k\pi \quad\text{ou}\quad x = -\frac{7\pi}{12} + 2k\pi $$ Réponse : A
$$ \cos x - \sqrt{3}\sin x = 2\left(\frac{1}{2}\cos x - \frac{\sqrt{3}}{2}\sin x\right) = 2\cos\!\left(x + \frac{\pi}{3}\right) $$ L'équation devient :
$$ 2\cos\!\left(x + \frac{\pi}{3}\right) = \sqrt{2} \iff \cos\!\left(x + \frac{\pi}{3}\right) = \frac{\sqrt{2}}{2} = \cos\frac{\pi}{4} $$ $$ x + \frac{\pi}{3} = \frac{\pi}{4} + 2k\pi \quad\text{ou}\quad x + \frac{\pi}{3} = -\frac{\pi}{4} + 2k\pi $$ $$ x = -\frac{\pi}{12} + 2k\pi \quad\text{ou}\quad x = -\frac{7\pi}{12} + 2k\pi $$ Réponse : A
QCM 5
$ \displaystyle\lim_{x \to 0} \frac{1 - \cos^n(x)}{1 - \cos^2(x)} = $
(A) $ \frac{n}{2} $ (B) $ \frac{n-1}{2} $ (C) $ \frac{n+1}{2} $ (D) $ 0 $ (E) $ \frac{n(n+1)}{2} $
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(A) $ \frac{n}{2} $ (B) $ \frac{n-1}{2} $ (C) $ \frac{n+1}{2} $ (D) $ 0 $ (E) $ \frac{n(n+1)}{2} $
On utilise l'identité : $ a^n - b^n = (a-b)(a^{n-1} + a^{n-2}b + \cdots + b^{n-1}) $
$$ \frac{1 - \cos^n x}{1 - \cos^2 x} = \frac{(1-\cos x)(\cos^{n-1}x + \cdots + 1)}{(1-\cos x)(1+\cos x)} = \frac{\cos^{n-1}x + \cdots + 1}{1 + \cos x} $$ Quand $ x \to 0 $ : le numérateur tend vers $ n $ termes valant 1, soit $ n $, et le dénominateur tend vers 2.
Donc la limite vaut $ \frac{n}{2} $.
Réponse : A
$$ \frac{1 - \cos^n x}{1 - \cos^2 x} = \frac{(1-\cos x)(\cos^{n-1}x + \cdots + 1)}{(1-\cos x)(1+\cos x)} = \frac{\cos^{n-1}x + \cdots + 1}{1 + \cos x} $$ Quand $ x \to 0 $ : le numérateur tend vers $ n $ termes valant 1, soit $ n $, et le dénominateur tend vers 2.
Donc la limite vaut $ \frac{n}{2} $.
Réponse : A
QCM 6
$ \displaystyle\int_0^{\frac{\pi}{2}} \cos^3(x)\,dx = $
(A) $ 0 $ (B) $ \frac{1}{2} $ (C) $ \frac{1}{3} $ (D) $ 1 $ (E) Autre réponse
Voir la correction
(A) $ 0 $ (B) $ \frac{1}{2} $ (C) $ \frac{1}{3} $ (D) $ 1 $ (E) Autre réponse
$ \cos^3 x = \cos x \cdot \cos^2 x = \cos x(1 - \sin^2 x) $
$$ \int_0^{\frac{\pi}{2}} \cos^3 x\,dx = \int_0^{\frac{\pi}{2}} (\cos x - \cos x\sin^2 x)\,dx $$ $$ = \left[\sin x - \frac{\sin^3 x}{3}\right]_0^{\frac{\pi}{2}} = 1 - \frac{1}{3} = \frac{2}{3} $$ Réponse : E ($ \frac{2}{3} $)
$$ \int_0^{\frac{\pi}{2}} \cos^3 x\,dx = \int_0^{\frac{\pi}{2}} (\cos x - \cos x\sin^2 x)\,dx $$ $$ = \left[\sin x - \frac{\sin^3 x}{3}\right]_0^{\frac{\pi}{2}} = 1 - \frac{1}{3} = \frac{2}{3} $$ Réponse : E ($ \frac{2}{3} $)
QCM 7
$ \displaystyle\int_{\frac{\pi}{6}}^{\frac{\pi}{4}} \frac{1}{\sin x\,\tan x}\,dx = $
(A) $ \frac{1}{2} - \frac{\sqrt{2}}{2} $ (B) $ 2 - \sqrt{2} $ (C) $ \sqrt{2} - 2 $ (D) $ \frac{\sqrt{2}}{2} - \frac{1}{2} $ (E) $ 1 - \sqrt{2} $
Voir la correction
(A) $ \frac{1}{2} - \frac{\sqrt{2}}{2} $ (B) $ 2 - \sqrt{2} $ (C) $ \sqrt{2} - 2 $ (D) $ \frac{\sqrt{2}}{2} - \frac{1}{2} $ (E) $ 1 - \sqrt{2} $
$ \frac{1}{\sin x\,\tan x} = \frac{\cos x}{\sin^2 x} = \frac{\sin'(x)}{\sin^2(x)} $
C'est la dérivée de $ -\frac{1}{\sin x} $, donc :
$$ \int_{\frac{\pi}{6}}^{\frac{\pi}{4}} \frac{\cos x}{\sin^2 x}\,dx = \left[-\frac{1}{\sin x}\right]_{\frac{\pi}{6}}^{\frac{\pi}{4}} = -\frac{1}{\sin\frac{\pi}{4}} + \frac{1}{\sin\frac{\pi}{6}} $$ $$ = -\frac{1}{\frac{\sqrt{2}}{2}} + \frac{1}{\frac{1}{2}} = -\sqrt{2} + 2 = 2 - \sqrt{2} $$ Réponse : B
C'est la dérivée de $ -\frac{1}{\sin x} $, donc :
$$ \int_{\frac{\pi}{6}}^{\frac{\pi}{4}} \frac{\cos x}{\sin^2 x}\,dx = \left[-\frac{1}{\sin x}\right]_{\frac{\pi}{6}}^{\frac{\pi}{4}} = -\frac{1}{\sin\frac{\pi}{4}} + \frac{1}{\sin\frac{\pi}{6}} $$ $$ = -\frac{1}{\frac{\sqrt{2}}{2}} + \frac{1}{\frac{1}{2}} = -\sqrt{2} + 2 = 2 - \sqrt{2} $$ Réponse : B
QCM 8
On veut construire un triangle ABC isocèle en A tel que $ AB = AC = 10 $.
L'aire maximale de ce triangle est :
(A) $ 25 $ (B) $ 50 $ (C) $ 75 $ (D) $ 100 $ (E) $ 150 $
Voir la correction
L'aire maximale de ce triangle est :
(A) $ 25 $ (B) $ 50 $ (C) $ 75 $ (D) $ 100 $ (E) $ 150 $
Soit $ x = (\vec{AB};\vec{AC}) \in [0;\pi] $. La hauteur issue de C sur AB vaut $ h = AC\sin x = 10\sin x $.
L'aire du triangle : $ A(x) = \frac{1}{2} \times AB \times h = \frac{1}{2} \times 10 \times 10\sin x = 50\sin x $
L'aire est maximale quand $ \sin x = 1 $, soit $ x = \frac{\pi}{2} $.
Donc $ A_{\max} = 50 $. Le triangle est alors isocèle rectangle en A.
Réponse : B
L'aire du triangle : $ A(x) = \frac{1}{2} \times AB \times h = \frac{1}{2} \times 10 \times 10\sin x = 50\sin x $
L'aire est maximale quand $ \sin x = 1 $, soit $ x = \frac{\pi}{2} $.
Donc $ A_{\max} = 50 $. Le triangle est alors isocèle rectangle en A.
Réponse : B
QCM 9
Les solutions de l'équation $ \cos^4(3x) + \sin^4(3x) = 1 $ sont de la forme :
(A) $ x = \frac{\pi}{2} + 2k\pi $ (B) $ x = -\frac{\pi}{6} + 2k\pi $ (C) $ x = \frac{k\pi}{3} $
(D) $ x = \frac{k\pi}{6} $ (E) Autre réponse
Voir la correction
(A) $ x = \frac{\pi}{2} + 2k\pi $ (B) $ x = -\frac{\pi}{6} + 2k\pi $ (C) $ x = \frac{k\pi}{3} $
(D) $ x = \frac{k\pi}{6} $ (E) Autre réponse
On utilise $ A^2 + B^2 = (A+B)^2 - 2AB $ :
$$ \cos^4(3x) + \sin^4(3x) = (\cos^2(3x) + \sin^2(3x))^2 - 2\cos^2(3x)\sin^2(3x) $$ $$ = 1 - \frac{1}{2}\sin^2(6x) $$ L'équation devient :
$$ 1 - \frac{1}{2}\sin^2(6x) = 1 \iff \sin(6x) = 0 \iff 6x = k\pi \iff x = \frac{k\pi}{6} $$ Réponse : D
$$ \cos^4(3x) + \sin^4(3x) = (\cos^2(3x) + \sin^2(3x))^2 - 2\cos^2(3x)\sin^2(3x) $$ $$ = 1 - \frac{1}{2}\sin^2(6x) $$ L'équation devient :
$$ 1 - \frac{1}{2}\sin^2(6x) = 1 \iff \sin(6x) = 0 \iff 6x = k\pi \iff x = \frac{k\pi}{6} $$ Réponse : D
QCM 10
Soient $ I = \displaystyle\int_0^{\frac{\pi}{2}} x^2\sin^2 x\,dx $ et $ J = \displaystyle\int_0^{\frac{\pi}{2}} x^2\cos^2 x\,dx $.
La valeur de $ I $ vaut :
(A) $ \frac{\pi^3}{48} $ (B) $ \frac{\pi^3}{24} + \frac{\pi}{4} $ (C) $ -\frac{\pi}{8} $ (D) $ \frac{\pi^3}{48} + \frac{\pi}{8} $ (E) Autre réponse
Voir la correction
La valeur de $ I $ vaut :
(A) $ \frac{\pi^3}{48} $ (B) $ \frac{\pi^3}{24} + \frac{\pi}{4} $ (C) $ -\frac{\pi}{8} $ (D) $ \frac{\pi^3}{48} + \frac{\pi}{8} $ (E) Autre réponse
$ I + J = \displaystyle\int_0^{\frac{\pi}{2}} x^2(\sin^2 x + \cos^2 x)\,dx = \int_0^{\frac{\pi}{2}} x^2\,dx = \frac{\pi^3}{24} $
$ I - J = \displaystyle\int_0^{\frac{\pi}{2}} x^2(\sin^2 x - \cos^2 x)\,dx = -\int_0^{\frac{\pi}{2}} x^2\cos(2x)\,dx $
Par deux intégrations par parties successives :
$$ I - J = -\left[\frac{x^2\sin(2x)}{2}\right]_0^{\frac{\pi}{2}} + \int_0^{\frac{\pi}{2}} x\sin(2x)\,dx $$ $$ = 0 + \left[-\frac{x\cos(2x)}{2}\right]_0^{\frac{\pi}{2}} + \int_0^{\frac{\pi}{2}} \frac{\cos(2x)}{2}\,dx $$ $$ = \frac{\pi}{4} + \left[\frac{\sin(2x)}{4}\right]_0^{\frac{\pi}{2}} = \frac{\pi}{4} $$ Donc $ 2I = \frac{\pi^3}{24} + \frac{\pi}{4} $, soit $ I = \frac{\pi^3}{48} + \frac{\pi}{8} $.
Réponse : D
$ I - J = \displaystyle\int_0^{\frac{\pi}{2}} x^2(\sin^2 x - \cos^2 x)\,dx = -\int_0^{\frac{\pi}{2}} x^2\cos(2x)\,dx $
Par deux intégrations par parties successives :
$$ I - J = -\left[\frac{x^2\sin(2x)}{2}\right]_0^{\frac{\pi}{2}} + \int_0^{\frac{\pi}{2}} x\sin(2x)\,dx $$ $$ = 0 + \left[-\frac{x\cos(2x)}{2}\right]_0^{\frac{\pi}{2}} + \int_0^{\frac{\pi}{2}} \frac{\cos(2x)}{2}\,dx $$ $$ = \frac{\pi}{4} + \left[\frac{\sin(2x)}{4}\right]_0^{\frac{\pi}{2}} = \frac{\pi}{4} $$ Donc $ 2I = \frac{\pi^3}{24} + \frac{\pi}{4} $, soit $ I = \frac{\pi^3}{48} + \frac{\pi}{8} $.
Réponse : D
QCM 11
Dans $ ]-\pi;\pi[ $, l'équation $ 1 + \cos x + \cos(2x) = 0 $ admet :
(A) une infinité de solutions (B) aucune solution réelle
(C) une solution réelle unique (D) exactement quatre solutions réelles
(E) Autre réponse
Voir la correction
(A) une infinité de solutions (B) aucune solution réelle
(C) une solution réelle unique (D) exactement quatre solutions réelles
(E) Autre réponse
On a $ \cos(2x) = 2\cos^2 x - 1 $, donc :
$$ 1 + \cos x + 2\cos^2 x - 1 = 0 \iff \cos x(1 + 2\cos x) = 0 $$ $$ \cos x = 0 \quad\text{ou}\quad \cos x = -\frac{1}{2} $$ Dans $ ]-\pi;\pi[ $ :
$ \cos x = 0 \implies x = -\frac{\pi}{2} $ ou $ x = \frac{\pi}{2} $
$ \cos x = -\frac{1}{2} \implies x = -\frac{2\pi}{3} $ ou $ x = \frac{2\pi}{3} $
Donc exactement 4 solutions.
Réponse : D
$$ 1 + \cos x + 2\cos^2 x - 1 = 0 \iff \cos x(1 + 2\cos x) = 0 $$ $$ \cos x = 0 \quad\text{ou}\quad \cos x = -\frac{1}{2} $$ Dans $ ]-\pi;\pi[ $ :
$ \cos x = 0 \implies x = -\frac{\pi}{2} $ ou $ x = \frac{\pi}{2} $
$ \cos x = -\frac{1}{2} \implies x = -\frac{2\pi}{3} $ ou $ x = \frac{2\pi}{3} $
Donc exactement 4 solutions.
Réponse : D
QCM 12
$ \displaystyle\lim_{x \to 0} \left(\frac{1}{\tan^{2024}(x)} - \frac{1}{\sin^{2024}(x)}\right) = $
(A) $ 0 $ (B) $ 1 $ (C) $ -\infty $ (D) $ +\infty $ (E) n'admet pas de limite
Voir la correction
(A) $ 0 $ (B) $ 1 $ (C) $ -\infty $ (D) $ +\infty $ (E) n'admet pas de limite
$$ \frac{1}{\tan^{2024}x} - \frac{1}{\sin^{2024}x} = \frac{\cos^{2024}x}{\sin^{2024}x} - \frac{1}{\sin^{2024}x} = \frac{\cos^{2024}x - 1}{\sin^{2024}x} $$
En factorisant avec $ a^n - b^n $ :
$$ = \frac{(\cos x - 1)(\cos^{2023}x + \cdots + 1)}{\sin^{2024}x} $$ On réécrit :
$$ = \frac{\cos x - 1}{x^2} \times \frac{\cos^{2023}x + \cdots + 1}{x^{2022}} \times \frac{x^{2024}}{\sin^{2024}x} $$ Quand $ x \to 0 $ :
• $ \frac{\cos x - 1}{x^2} \to -\frac{1}{2} $
• $ \left(\frac{x}{\sin x}\right)^{2024} \to 1 $
• $ \frac{\cos^{2023}x + \cdots + 1}{x^{2022}} = \frac{2024}{x^{2022}} \to +\infty $
Donc le produit tend vers $ -\frac{1}{2} \times (+\infty) \times 1 = -\infty $.
Réponse : C
$$ = \frac{(\cos x - 1)(\cos^{2023}x + \cdots + 1)}{\sin^{2024}x} $$ On réécrit :
$$ = \frac{\cos x - 1}{x^2} \times \frac{\cos^{2023}x + \cdots + 1}{x^{2022}} \times \frac{x^{2024}}{\sin^{2024}x} $$ Quand $ x \to 0 $ :
• $ \frac{\cos x - 1}{x^2} \to -\frac{1}{2} $
• $ \left(\frac{x}{\sin x}\right)^{2024} \to 1 $
• $ \frac{\cos^{2023}x + \cdots + 1}{x^{2022}} = \frac{2024}{x^{2022}} \to +\infty $
Donc le produit tend vers $ -\frac{1}{2} \times (+\infty) \times 1 = -\infty $.
Réponse : C
QCM 13
$ \cos\frac{\pi}{16} = $
(A) $ \frac{1}{2}\sqrt{2 + \sqrt{2 - \sqrt{2}}} $ (B) $ \frac{1}{2}\sqrt{2 - \sqrt{2 + \sqrt{2}}} $
(C) $ \frac{1}{16}\sqrt{2 + \sqrt{2 + \sqrt{2}}} $ (D) $ \frac{1}{2}\sqrt{2 + \sqrt{2 + \sqrt{2}}} $
(E) n'admet pas de limite
Voir la correction
(A) $ \frac{1}{2}\sqrt{2 + \sqrt{2 - \sqrt{2}}} $ (B) $ \frac{1}{2}\sqrt{2 - \sqrt{2 + \sqrt{2}}} $
(C) $ \frac{1}{16}\sqrt{2 + \sqrt{2 + \sqrt{2}}} $ (D) $ \frac{1}{2}\sqrt{2 + \sqrt{2 + \sqrt{2}}} $
(E) n'admet pas de limite
On utilise la formule $ \cos^2\alpha = \frac{1 + \cos(2\alpha)}{2} $, soit pour $ \alpha \in \left]0,\frac{\pi}{2}\right[ $ :
$$ \cos\alpha = \sqrt{\frac{1 + \cos(2\alpha)}{2}} $$ Étape 1 : $ \cos\frac{\pi}{4} = \frac{\sqrt{2}}{2} $
Étape 2 : $ \cos\frac{\pi}{8} = \sqrt{\frac{1 + \cos\frac{\pi}{4}}{2}} = \frac{\sqrt{2 + \sqrt{2}}}{2} $
Étape 3 : $ \cos\frac{\pi}{16} = \sqrt{\frac{1 + \cos\frac{\pi}{8}}{2}} = \sqrt{\frac{1 + \frac{\sqrt{2+\sqrt{2}}}{2}}{2}} = \frac{1}{2}\sqrt{2 + \sqrt{2 + \sqrt{2}}} $
Réponse : D
$$ \cos\alpha = \sqrt{\frac{1 + \cos(2\alpha)}{2}} $$ Étape 1 : $ \cos\frac{\pi}{4} = \frac{\sqrt{2}}{2} $
Étape 2 : $ \cos\frac{\pi}{8} = \sqrt{\frac{1 + \cos\frac{\pi}{4}}{2}} = \frac{\sqrt{2 + \sqrt{2}}}{2} $
Étape 3 : $ \cos\frac{\pi}{16} = \sqrt{\frac{1 + \cos\frac{\pi}{8}}{2}} = \sqrt{\frac{1 + \frac{\sqrt{2+\sqrt{2}}}{2}}{2}} = \frac{1}{2}\sqrt{2 + \sqrt{2 + \sqrt{2}}} $
Réponse : D
QCM 14
L'ensemble des solutions de l'équation $ \cos(2x) = \sin(x) $ est :
(A) $ \left\{\frac{\pi}{6} + \frac{k\pi}{2} ;\; k \in \mathbb{Z}\right\} $ (B) $ \left\{\frac{\pi}{2} + 2k\pi\right\} $ (C) $ \left\{-\frac{\pi}{2} + k\pi\right\} $
(D) $ \left\{\frac{\pi}{6} + 2k\pi ;\; k \in \mathbb{Z}\right\} $ (E) $ \left\{\frac{\pi}{6} + \frac{2k\pi}{3} ;\; k \in \mathbb{Z}\right\} $
Voir la correction
(A) $ \left\{\frac{\pi}{6} + \frac{k\pi}{2} ;\; k \in \mathbb{Z}\right\} $ (B) $ \left\{\frac{\pi}{2} + 2k\pi\right\} $ (C) $ \left\{-\frac{\pi}{2} + k\pi\right\} $
(D) $ \left\{\frac{\pi}{6} + 2k\pi ;\; k \in \mathbb{Z}\right\} $ (E) $ \left\{\frac{\pi}{6} + \frac{2k\pi}{3} ;\; k \in \mathbb{Z}\right\} $
$ \cos(2x) = \sin(x) = \cos\!\left(\frac{\pi}{2} - x\right) $
$$ 2x = \frac{\pi}{2} - x + 2k\pi \quad\text{ou}\quad 2x = -\frac{\pi}{2} + x + 2k\pi $$ $$ 3x = \frac{\pi}{2} + 2k\pi \quad\text{ou}\quad x = -\frac{\pi}{2} + 2k\pi $$ $$ x = \frac{\pi}{6} + \frac{2k\pi}{3} \quad\text{ou}\quad x = -\frac{\pi}{2} + 2k\pi $$ Or les solutions $ x = -\frac{\pi}{2} + 2k\pi $ sont contenues dans $ x = \frac{\pi}{6} + \frac{2k\pi}{3} $ (pour $ k = 3k_1 - 1 $).
Donc $ S_{\mathbb{R}} = \left\{\frac{\pi}{6} + \frac{2k\pi}{3} ;\; k \in \mathbb{Z}\right\} $.
Réponse : E
$$ 2x = \frac{\pi}{2} - x + 2k\pi \quad\text{ou}\quad 2x = -\frac{\pi}{2} + x + 2k\pi $$ $$ 3x = \frac{\pi}{2} + 2k\pi \quad\text{ou}\quad x = -\frac{\pi}{2} + 2k\pi $$ $$ x = \frac{\pi}{6} + \frac{2k\pi}{3} \quad\text{ou}\quad x = -\frac{\pi}{2} + 2k\pi $$ Or les solutions $ x = -\frac{\pi}{2} + 2k\pi $ sont contenues dans $ x = \frac{\pi}{6} + \frac{2k\pi}{3} $ (pour $ k = 3k_1 - 1 $).
Donc $ S_{\mathbb{R}} = \left\{\frac{\pi}{6} + \frac{2k\pi}{3} ;\; k \in \mathbb{Z}\right\} $.
Réponse : E
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