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Petit devoir sans complexes sur les nombres complexes

Les détails des calculs sont attendus.

L'usage de la calculatrice n'est pas autorisé.

Exercice 1

On considère les deux nombres complexes: \(z_1=5-2i\) et \(z_2=-2+4i\)

Déterminer la forme algébrique des nombres complexes suivants.

a. \(z_1+z_2\)

b. \({z_1}^2\)

c. \(z_1 \times z_2\)

d. \(\dfrac{z_1}{z_2}\)

Corrigé

a. \(z_1+z_2=3+2i\)

b. \({z_1}^2=21-20i\)

c. \(z_1 \times z_2=-2+24i\)

d. \(\dfrac{z_1}{z_2}=-\dfrac{9}{10}-\dfrac{4}{5}i\)

Exercice 2

  1. Pour tout \(z\in \mathbb{C}\), on pose \(Z_1=z-\bar{z}\)

    a. Déterminer le conjugué de \(Z_1\) en fonction de \(z\) et \(\bar{z}\)

    b. \(Z_1\) est-il un nombre réel, imaginaire pur ou aucun des deux ? (justifier).

    Corrigé

    a. \(\bar{Z_1}=\bar{z}-\bar{\bar{z}}=\bar{z}-z=-Z_1\)

    b. \(\bar{Z_1}+Z_1=0\) donc \(Z_1\) est un imaginaire pur.

  2. Reprendre les questions précédentes avec \(Z_2=z \times \bar{z}\)

    Corrigé

    a. \(\bar{Z_2}=\overline{z \times \bar{z}}=\bar{z} \times \bar{\bar{z}}=\bar{z} \times z=Z_2\)

    b. \(\bar{Z_2}-Z_2=0\) donc \(Z_2\) est un réel. (C'était prévisible, \(z\bar{z}\) est toujours réel...)

Exercice 3

Résoudre dans \(\mathbb{C}\) les équations suivantes. On donnera les solutions sous forme algébrique.

a. \(5-2i+2iz=3z+4\)

b. \(z^4-16=0\)

Corrigé

a. \(z=\dfrac{-1+2i}{-3+2i}=\dfrac{7-4i}{13}\). L'ensemble \(S\) des solutions de cette équation s'écrit alors \(S=\left \{ \dfrac{7}{13}-\dfrac{4}{13}i \right \}\)

b. \(z=(z^2-4)(z^2+4)=(z-2)(z+2)(z-2i)(z+2i)\). L'ensemble \(S\) des solutions de cette équation s'écrit alors \(S=\left \{-2i,2i,-2,2 \right \}\)

Exercice 4

Calculer, suivant les valeurs de \(n\):

\[1+i+i^2+i^3+...+i^n\]
Corrigé

On a \(S_0=1\), \(S_1=1+i\), \(S_2=i\), \(S_3=0\)

On conjecture donc :

\(S_n=1\) si \(n\) s'écrit sous la forme \(4k\)

\(S_n=1+i\) si \(n\) s'écrit sous la forme \(4k+1\)

\(S_n=i\) si \(n\) s'écrit sous la forme \(4k+2\)

\(S_n=0\) si \(n\) s'écrit sous la forme \(4k+3\)

à démontrer éventuellement par récurrence...