On considère l’application f du plan dans lui-même, qui à tout point M d’affixe z associe le point M′

DEVOIR A LA MAISON N°18. TS2.

Pour le mercredi 18 mai 2016.

I. Le plan complexe est rapporté à un repère orthonormal direct ( 0 u v ) (unité graphique : 1 cm).

On considère l’application f du plan dans lui-même, qui à tout point M d’affixe z associe le point M′

d’affixe z z ³ 3z ² 3z.

1. On considère les points B et C d’affixes respectives i et i 3. Calculer les affixes des points images de O ,B et C par f. Placer les points B,C et leurs images B′ et C ′ sur une figure. L’application f conserve-t-elle l’alignement ?

2. Montrer que f possède trois points invariants, dont on déterminera les affixes.

3.

a. Montrer pour tout z de l’égalité suivante : z 1 ( z 1) ³ .

b. Soit z un nombre complexe différent de 1, on note r | ^z 1 et α un argument de z | −1.

Exprimer le module r ′ et un argument α′ de z ′ − 1 en fonction de r et de α.

Soit A le point d’affixe 1, déduire des résultats précédents une relation entre la distance AM ′ et la distance AM , et une relation entre une mesure de l’angle ( u AM ) et une mesure de l’angle

( ^{u AM} ) ^.

c. Montrer que si M appartient au cercle Γ de centre A de rayon 2 , alors M′ appartient à un cercle Γ′ de même centre dont on déterminera le rayon.

4. Montrer que, si M appartient à la demi-droite ouverte D d’origine A passant par le point B, alors M ′ appartient à une demi-droite D ′ que l’on déterminera.

5. Justifier l’appartenance du point B ′ à Γ et à D′.

Compléter la figure avec les différents éléments : Γ, Γ′ , D et D′

.

II. L énoncé ci-dessous est celui posé au bac. Si vous n y arrivez pas, des questions intermédiaires sont au dos.

Dans le plan muni d un repère orthonormal, on note S l ensemble des points M dont l affixe z vérifie les deux conditions : | ^{z 1} | | ^{z i} | ^et

| ^{z 3 2 i} | ^2.

Sur la figure ci-contre, on a représenté le cercle de centre I(3 2) et de rayon 2 et la droite d équation y x.

Cette droite coupe le cercle en deux points A et B. Montrer que l ensemble S est le segment [ AB ].

Aide pour l exercice II : questions intermédiaires.

Soient C et D les points d affixes respectives 1 et i.

1. Exprimer en fonction de z les distances MC et MD.

2. En déduire l ensemble des points M tels que | ^{z 1} | | ^{z i} | ^.

3. Déterminer une équation de cet ensemble.

4. Donner l affixe du point I et exprimer en fonction de z la distance MI . 5. En déduire l ensemble des points M tels que | ^{z 3 2i} | ^2.

6. Conclure.

CORRECTION DUDEVOIR A LA MAISON N°18. TS2

I.

1. O a pour affixe 0 ³ 3 0² 3 0 0. L image de O est O : O est invariant par f.

B a pour affixe i ³ 3i ² 3i i 3 3 i 3 2i . C a pour affixe ( ^{i 3} ) ^{3 3 ( i 3 )}

2

3i 3 3 3 i 9 3 3 i 9.

O ,B et C sont alignés sur l axe des ordonnées.

O et C sont sur l axe des abscisses mais B n appartient pas à cet axe donc O,B et C ne sont pas alignés : f ne conserve pas l alignement.

2. z z  z ³ 3z ² 2z 0  z( z² 3z 2) 0  z 0 ou z² 3 z 2 0.

Résol ution de z ² 3 z 2 0 : 1 donc l équation a deux solutions qui sont 1 et 2.

Ainsi, z z  z 0 ou z 1 ou z 2.

f possède trois points invariants, d affixes 0 ; 1 et 2.

3.

a. Pour tout z de , z 1 z ³ 3 z² 3z 1 et (z 1) ³ z ³ 3 z² 3z 1 donc z 1 ( z 1) ³ . Montrer l’égalité suivante :

b. r | ^{z 1} | | ^{(z 1) 3} | ( ^{| z 1 |} ) ^{3 r 3}

ar g( z 1) arg ( ^{(z 1) 3} ) ^{3 arg( z 1) 3}

r | ^{z M z A} | ^{AM et r} AM donc on a AM AM ³ .

( u AM ) arg ( ^{z M z A} ) ^{arg( z 1)} ; de même, ( u AM ) . On a donc

( ^{u AM} ) ³ ( ^{u AM} )

c. Si M appartient au cercle Γ de centre A de rayon 2 , AM 2 , et donc AM ( ² ) ^{3 2 2 .}

M est donc un point du cercle de centre A et de rayon 2 2 .

4. Si M appartient à D, alors une mesure de

( ^{u AM} ) ^{est 3}

4 .

Alors, une mesure de ( u AM ) est 3 3 4

9 4 ou 4 .

M appartient à la demi-droite D ouverte d origine A formant un angle de mesure

4 avec l axe des abscisses.

II. I a pour affixe 3 2 i. Soient C et D les points d affixes respectives 1 et i.

M( z)  S  | ^{z M z C} | | ^{z M z D} | ^et | ^{z M z I} | ^{2  CM DM et IM 2}

 M est un point de la médiatrice de [ C D] et M est un point du disque de centre I et de rayon 2.

La médiatrice de [ CD ] est la droite d équation y x .

Ainsi, S est la partie de la droite d équation y x contenue dans le disque de centre I et de rayon 2 :

S est le segment [AB].