Première Analyse trigonométriesinuscosinusdérivéescercle trigonométrique

Fonctions trigonométriques

Cosinus, sinus et tangente : définitions sur le cercle trigonométrique, propriétés, dérivées, équations et valeurs remarquables.

Le cercle trigonométrique

Le cercle trigonométrique est le cercle de centre OO et de rayon 11.

Pour tout réel xx, on associe le point MM du cercle obtenu en parcourant un arc de longueur ∣x∣|x| depuis (1,0)(1, 0) :

  • dans le sens antihoraire si x>0x > 0
  • dans le sens horaire si x<0x < 0

On pose alors : cos⁡x=abscisse de Msin⁡x=ordonneˊe de M\cos x = \text{abscisse de } M \qquad \sin x = \text{ordonnée de } M

Identité fondamentale :

cos⁡2x+sin⁡2x=1\boxed{\cos^2 x + \sin^2 x = 1}


Valeurs remarquables

xx00π6\dfrac{\pi}{6}π4\dfrac{\pi}{4}π3\dfrac{\pi}{3}π2\dfrac{\pi}{2}π\pi
cos⁡x\cos x1132\dfrac{\sqrt{3}}{2}22\dfrac{\sqrt{2}}{2}12\dfrac{1}{2}00−1-1
sin⁡x\sin x0012\dfrac{1}{2}22\dfrac{\sqrt{2}}{2}32\dfrac{\sqrt{3}}{2}1100

Propriétés de symétrie

cos⁡(−x)=cos⁡xsin⁡(−x)=−sin⁡x\cos(-x) = \cos x \qquad \sin(-x) = -\sin x

cos⁡(π−x)=−cos⁡xsin⁡(π−x)=sin⁡x\cos(\pi - x) = -\cos x \qquad \sin(\pi - x) = \sin x

cos⁡ ⁣(π2−x)=sin⁡xsin⁡ ⁣(π2−x)=cos⁡x\cos\!\left(\frac{\pi}{2} - x\right) = \sin x \qquad \sin\!\left(\frac{\pi}{2} - x\right) = \cos x

Périodicité :

cos⁡(x+2π)=cos⁡xsin⁡(x+2π)=sin⁡x\cos(x + 2\pi) = \cos x \qquad \sin(x + 2\pi) = \sin x

Les fonctions cos⁡\cos et sin⁡\sin sont 2π2\pi-périodiques.


La fonction tangente

tan⁡x=sin⁡xcos⁡xdeˊfinie pour x≠π2+kπ,  k∈Z\tan x = \frac{\sin x}{\cos x} \quad \text{définie pour } x \neq \frac{\pi}{2} + k\pi,\; k \in \mathbb{Z}

La tangente est π\pi-périodique et strictement croissante sur chaque intervalle (−π2+kπ, π2+kπ)\left(-\dfrac{\pi}{2} + k\pi,\, \dfrac{\pi}{2} + k\pi\right).


Dérivées

FonctionDérivéeDomaine
sin⁡x\sin xcos⁡x\cos xR\mathbb{R}
cos⁡x\cos x−sin⁡x-\sin xR\mathbb{R}
tan⁡x\tan x1cos⁡2x=1+tan⁡2x\dfrac{1}{\cos^2 x} = 1 + \tan^2 xx≠π2+kπx \neq \dfrac{\pi}{2} + k\pi

Avec la règle de la chaîne :

(sin⁡u)′=u′cos⁡u(cos⁡u)′=−u′sin⁡u(\sin u)' = u' \cos u \qquad (\cos u)' = -u' \sin u

Exemple : f(x)=sin⁡(3x2+1)f(x) = \sin(3x^2 + 1)

f′(x)=6xcos⁡(3x2+1)f'(x) = 6x \cos(3x^2 + 1)


Courbes de sin et cos


Variations de sin et cos sur [0,2π][0, 2\pi]

xx00π2\dfrac{\pi}{2}π\pi3π2\dfrac{3\pi}{2}2π2\pi
cos⁡\cos11↘\searrow00↘\searrow−1-1↗\nearrow00↗\nearrow11
sin⁡\sin00↗\nearrow11↘\searrow00↘\searrow−1-1↗\nearrow00

Résolution d’équations

cos⁡x=a\cos x = a (avec −1≤a≤1-1 \leq a \leq 1)

Soit α\alpha un angle tel que cos⁡α=a\cos \alpha = a.

cos⁡x=a  ⟺  x=α+2kπoux=−α+2kπ,k∈Z\cos x = a \iff x = \alpha + 2k\pi \quad \text{ou} \quad x = -\alpha + 2k\pi, \quad k \in \mathbb{Z}

sin⁡x=a\sin x = a (avec −1≤a≤1-1 \leq a \leq 1)

Soit α\alpha un angle tel que sin⁡α=a\sin \alpha = a.

sin⁡x=a  ⟺  x=α+2kπoux=π−α+2kπ,k∈Z\sin x = a \iff x = \alpha + 2k\pi \quad \text{ou} \quad x = \pi - \alpha + 2k\pi, \quad k \in \mathbb{Z}

Exemple : Résoudre sin⁡x=22\sin x = \dfrac{\sqrt{2}}{2} sur [0,2π][0, 2\pi].

α=π4\alpha = \dfrac{\pi}{4}, donc x=π4x = \dfrac{\pi}{4} ou x=π−π4=3π4x = \pi - \dfrac{\pi}{4} = \dfrac{3\pi}{4}.


Fonction tangente — courbe


Formules d’addition

cos⁡(a+b)=cos⁡acos⁡b−sin⁡asin⁡b\cos(a + b) = \cos a \cos b - \sin a \sin b

sin⁡(a+b)=sin⁡acos⁡b+cos⁡asin⁡b\sin(a + b) = \sin a \cos b + \cos a \sin b

Cas particulier — duplication :

cos⁡(2a)=cos⁡2a−sin⁡2a=2cos⁡2a−1=1−2sin⁡2a\cos(2a) = \cos^2 a - \sin^2 a = 2\cos^2 a - 1 = 1 - 2\sin^2 a

sin⁡(2a)=2sin⁡acos⁡a\sin(2a) = 2\sin a \cos a

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