Aller au contenu

Fonctions trigonométriques — cours de Terminale

Cercle trigonométrique et radians, Valeurs remarquables, Équations trigonométriques, Dérivées et variations Lecture ≈ 4 min.

1. Cercle trigonométrique et radians

Radian

Sur le cercle trigonométrique de rayon 1, un angle de x radians intercepte un arc orienté dont la mesure algébrique est x ; sa longueur géométrique est |x|. Un tour vaut 2π radians, un angle plat π et un angle droit π2. La conversion est 180° = π radians.

Cosinus et sinus

Au réel x, on associe le point M du cercle trigonométrique obtenu après une rotation d'angle x. Son abscisse est cos(x) et son ordonnée sin(x).

Identités
  • cos2(x) + sin2(x) = 1.
  • cos(−x) = cos(x) ; sin(−x) = −sin(x).
  • cos(x + 2π) = cos(x) ; sin(x + 2π) = sin(x).
  • cos(x + π) = −cos(x) ; sin(x + π) = −sin(x).

2. Valeurs remarquables

x0π6π4π3π2
cos x1√32√22120
sin x012√22√321
Retrouver plutôt que réciter

Placer les angles du premier quadrant, puis utiliser les symétries du cercle et les signes dans chaque quadrant. L'identité cos2 + sin2 = 1 permet de retrouver une coordonnée à partir de l'autre, mais le signe dépend du quadrant.

3. Équations trigonométriques

Solutions générales

Pour tous réels x et a :

  • cos(x) = cos(a) ⇔ x = 2kπ ± a, k ∈ ℤ ;
  • sin(x) = sin(a) ⇔ x = a + 2kπ ou x = π − a + 2kπ, k ∈ ℤ.
Exemple résolu

Résoudre cos(2x) = 12 sur [0 ; 2π]. Comme 12 = cos(π3), on a 2x = 2kπ ± π3, donc x = kπ ± π6. Dans [0 ; 2π], les solutions sont π6, 5π/6, 7π/6 et 11π/6.

4. Dérivées et variations

Dérivées

(sin x)' = cos x ;   (cos x)' = −sin x.

Par composition : [sin(u)]' = u'cos(u) et [cos(u)]' = −u'sin(u).

Variations sur une période
  • Sur [0 ; 2π], sinus croît de 0 à 1 sur [0 ; π2], décroît de 1 à −1 sur [π2 ; 3π/2], puis croît de −1 à 0 sur [3π/2 ; 2π].
  • Sur [0 ; 2π], cosinus décroît de 1 à −1 sur [0 ; π], puis croît de −1 à 1 sur [π ; 2π].

Les courbes se prolongent par périodicité de période 2π. La courbe du cosinus, fonction paire, est symétrique par rapport à l'axe des ordonnées ; celle du sinus, fonction impaire, est symétrique par rapport à l'origine. Elles ont la même forme décalée : cos(x) = sin(x + π2).

Étudier une fonction périodique
  1. Trouver une période, généralement 2π ou une fraction de 2π.
  2. Étudier la fonction sur un intervalle d'une période.
  3. Utiliser éventuellement parité et symétries pour réduire l'étude.
  4. Prolonger le tableau ou le tracé par périodicité.
Exemple

f(x) = sin(2x) a pour période π, car sin(2(x + π)) = sin(2x + 2π) = sin(2x). Sa dérivée est 2cos(2x). Sur [0 ; π], elle s'annule en π4 et 3π/4 ; le signe du cosinus donne les variations.

Résoudre une inéquation sur le cercle

Résolvons cos(x) ≤ 12 sur [−π ; π]. Les égalités cos(x) = 12 ont pour solutions −π3 et π3 dans cet intervalle. Sur le cercle, l'abscisse est inférieure ou égale à 12 en dehors de l'arc central compris entre ces deux angles. Ainsi :

x ∈ [−π ; −π3] ∪ [π3 ; π].

Un dessin du cercle et un contrôle avec x = 0, pour lequel cos 0 = 1, évitent d'inverser la zone solution.

5. Formules d'addition utiles

Formules
  • cos(a + b) = cos a cos b − sin a sin b ;
  • cos(a − b) = cos a cos b + sin a sin b ;
  • sin(a + b) = sin a cos b + cos a sin b ;
  • sin(a − b) = sin a cos b − cos a sin b.

En particulier, cos(2x) = cos2x − sin2x = 2cos2x − 1 = 1 − 2sin2x.

6. Limites trigonométriques

Limite fondamentale

limx→0 sin(x)x = 1.

On en déduit limx→0 [1 − cos(x)]/x2 = 12, grâce à 1 − cos x = 2sin2(x2).

Exemple

limx→0 sin(3x)x = 3 × lim sin(3x)3x = 3.

Erreurs fréquentes
  • Utiliser des degrés dans les dérivées et limites : ces formules supposent les radians.
  • Oublier les familles de solutions ou le second angle pour une équation de sinus.
  • Écrire (cos u)' = sin u : il manque le signe moins et le facteur u'.
  • Déduire le signe du sinus ou du cosinus sans repérer le quadrant.