Dans certain exercice, il faut savoir faire preuve de patience et de prise d'initiative.
Question 1
Soit x et y deux nombres réels. Trouver tous les couples (x;y) qui satisfont au système suivant :
S:{sin(x)+sin(y)cos(x)×cos(y)==1−43
Correction
Il s'agit d'un exercice plus délicat, qui nécessite beaucoup d'attention. On sait que pour x et y réels, on a nécessairement : {−1−1⩽⩽sin(x)sin(y)⩽⩽11 Ainsi, si l'un des deux sinus est strictement négatif il est alors impossible d'avoir sin(x)+sin(y)=1 car cela obligerait l'autre sinus d'être supérieur à 1. Ce qui implique que : {00⩽⩽sin(x)sin(y)⩽⩽11 Ce qui nous permet d'écrire que : {xy∈∈[2kπ;π+2kπ](k∈Z)[2hπ;π+2hπ](h∈Z) D'autre part, on constate que cos(x)×cos(y)=−43<0, c'est à dire que les deux cosinus sont de signes contraires. On doit donc avoir : ⎩⎨⎧cos(x)cos(y)=et=1−sin2(x)−1−sin2(y)ou⎩⎨⎧cos(x)cos(y)=et=−1−sin2(x)1−sin2(y) Fort de ceci, éliminons l'impact des signes (juste précédemment mentionné) en étudiant le système S2 suivant : S2:{sin(x)+sin(y)cos2(x)×cos2(y)==1169 Soit encore : S2:{sin(x)+sin(y)(1−sin2(x))×(1−sin2(y))==1169 En développant le seconde égalité : S2:{sin(x)+sin(y)1−sin2(y)−sin2(x)+sin2(x)×sin2(y)==1169 Donc : S2:{sin(x)+sin(y)1−(sin2(y)+sin2(x))+sin2(x)×sin2(y)==1169 Où encore : S2:{sin(x)+sin(y)1−(sin(y)+sin(x))2+2sin(y)×sin(x)+sin2(x)×sin2(y)==1169 Ainsi, on a alors : S2:{sin(x)+sin(y)1−(1)2+2sin(y)×sin(x)+sin2(x)×sin2(y)==1169 Donc : S2:{sin(x)+sin(y)0+2sin(y)×sin(x)+sin2(x)×sin2(y)==1169 Ce qui nous permet d'obtenir : S2:{sin(x)+sin(y)(sin(y)×sin(x))2+2sin(y)×sin(x)==1169 De manière équivalente : S2:{sin(x)+sin(y)(sin(y)×sin(x))2+2sin(y)×sin(x)−169==10 En posant P=sin(y)×sin(x), la seconde équation devient : P2+2P−169=0⟹Δ=425>0⟹P=41ouA=−49 Or, on sait que : {00⩽⩽sin(x)sin(y)⩽⩽11 Ce qui implique que P=sin(y)×sin(x)>0. Donc, de fait, on en déduit qu'il nous faut retenir uniquement le résultat suivant : P=sin(y)×sin(x)=41 On a alors le système suivant : {sin(x)+sin(y)sin(x)×sin(y)==141 En notant P=sin(x)×sin(y) et S=sin(x)+sin(y), on constate que : {SP==141 Ainsi, d'après la théorie des polynômes du second degré, on sait que sin(x) et sin(y) sont les solutions de l'équation (polynomiale du second degré) suivante : X2−SX+P=0⟺X2−1X+41=0⟺X2−X+41=0⟺X2−2X21+(21)2=0 Ce qui nous donne directement : (X−21)2=0 Donc : X−21 Ce qui implique que : sin(x)=sin(y)=21 On en déduit alors que : ⎩⎨⎧cos(x)cos(y)=et=1−(21)2−1−(21)2ou⎩⎨⎧cos(x)cos(y)=et=−1−(21)21−(21)2 Soit : ⎩⎨⎧cos(x)cos(y)=et=23−23ou⎩⎨⎧cos(x)cos(y)=et=−2323 On a alors les couples trigonométriques suivants : ⎝⎛⎩⎨⎧cos(x)sin(x)=et=2321et⎩⎨⎧cos(y)sin(y)=et=−2321⎠⎞ou⎝⎛⎩⎨⎧cos(x)sin(x)=et=−2321et⎩⎨⎧cos(y)sin(y)=et=2321⎠⎞ Finalement, les couples solutions (x;y) recherchés pour le système S, initialement proposé, sont donc donnés par : ⎩⎨⎧xy=et=6π+k2π65π+k2πou⎩⎨⎧xy=et=65π+k2π6π+k2π(k∈Z)