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Angles orientés et repérage polaire : exercices en 1ère corrigés | Première à télécharger en PDF

    Exercice en classe de 1ère sur les angles orientés, le repérage et les coordonnées polaires.

    L’essentiel : Cette fiche réunit 19 exercices de maths en Première sur « Angles orientés et repérage polaire », du plus simple au plus difficile. Le corrigé détaillé est sur une page séparée ; fiche gratuite à imprimer en PDF.

    Exercice :

    Exprimer en fonction de sin x et cos x les réels suivants :

    a.\,cos(\frac{3\pi}{2}-x)

    b.\,sin(x-\pi)

    angle orientés et repérage polaire angle orientés et repérage polaire

    Exercice 2 – Degrés et radians

    1. Convertir en radians, sous la forme d’une fraction de \(\pi\) simplifiée : \(30^\circ\) ; \(135^\circ\) ; \(210^\circ\) ; \(300^\circ\).

    2. Convertir en degrés : \(\dfrac{5\pi}{6}\) ; \(\dfrac{7\pi}{4}\) ; \(\dfrac{\pi}{5}\) ; \(\dfrac{11\pi}{12}\).

    3. Un angle mesure 3 radians. Donner sa mesure en degrés, arrondie au dixième.

    Exercice 3 – Mesure principale d’un angle

    La mesure principale d’un angle est sa mesure appartenant à l’intervalle \(]-\pi\,;\,\pi]\).

    Déterminer la mesure principale des angles dont une mesure est :

    a) \(\dfrac{19\pi}{3}\) ; b) \(-\dfrac{25\pi}{4}\) ; c) \(\dfrac{47\pi}{6}\) ; d) \(\dfrac{2023\pi}{2}\) ; e) \(-\dfrac{31\pi}{3}\).

    Exercice 4 – Lire des angles sur le cercle trigonométrique

    Le plan est muni d’un repère orthonormé direct \((O\,;\,I,J)\). Sur le cercle trigonométrique ci-dessous, les points A, B, C et D se trouvent sur des rayons tracés en pointillés tous les \(30^\circ\) ou \(45^\circ\).

    Cercle trigonométrique de centre O avec les points A, B, C et D placés sur des rayons tracés tous les 30 et 45 degrés

    1. Donner pour chaque point M la mesure principale, en radians, de l’angle orienté \((\vec{OI},\vec{OM})\).

    2. En déduire les coordonnées exactes de A, B, C et D.

    Exercice 5 – Valeurs exactes de cosinus et de sinus

    Donner la valeur exacte de chacun des nombres suivants, sans calculatrice :

    a) \(\cos\dfrac{5\pi}{6}\) ; b) \(\sin\dfrac{7\pi}{4}\) ; c) \(\cos(-\dfrac{2\pi}{3})\) ; d) \(\sin\dfrac{11\pi}{6}\) ; e) \(\cos\dfrac{13\pi}{3}\) ; f) \(\sin(-\dfrac{5\pi}{4})\).

    Exercice 6 – Simplifier des expressions trigonométriques

    Pour tout réel \(x\), simplifier :

    \(A(x)=\sin(\pi-x)+\cos(\dfrac{\pi}{2}-x)\)

    \(B(x)=\cos(\pi+x)-\sin(\dfrac{\pi}{2}+x)\)

    \(C(x)=\sin(x+\pi)+\cos(x-\dfrac{\pi}{2})\)

    \(E(x)=\cos x+\cos(\pi-x)+\cos(\pi+x)\)

    Exercice 7 – Utiliser la relation fondamentale

    1. Soit \(x\in]\dfrac{\pi}{2}\,;\,\pi[\) tel que \(\sin x=\dfrac{3}{5}\). Calculer \(\cos x\), puis \(\cos(\pi-x)\) et \(\sin(x+\dfrac{\pi}{2})\).

    2. Soit \(x\in]-\dfrac{\pi}{2}\,;\,0[\) tel que \(\cos x=\dfrac{5}{13}\). Calculer \(\sin x\), puis \(\sin(\pi-x)\) et \(\cos(x+\dfrac{\pi}{2})\).

    3. Existe-t-il un réel \(x\) tel que \(\cos x=0{,}6\) et \(\sin x=0{,}7\) ?

    Exercice 8 – Équations trigonométriques simples

    Résoudre dans l’intervalle indiqué :

    a) \(\cos x=\dfrac{1}{2}\) dans \(]-\pi\,;\,\pi]\) ;

    b) \(\sin x=-\dfrac{\sqrt{2}}{2}\) dans \([0\,;\,2\pi[\) ;

    c) \(\cos x=-\dfrac{\sqrt{3}}{2}\) dans \(\mathbb{R}\).

    Exercice 9 – Deux équations à résoudre

    1. Résoudre dans \(]-\pi\,;\,\pi]\) l’équation \(\cos(2x)=\cos(x+\dfrac{\pi}{3})\).

    2. Résoudre dans \([0\,;\,\pi]\) l’équation \(\sin(2x)=\dfrac{1}{2}\).

    Exercice 10 – Inéquations trigonométriques

    Résoudre dans l’intervalle indiqué :

    a) \(\cos x\geq\,\dfrac{1}{2}\) dans \(]-\pi\,;\,\pi]\) ;

    b) \(\sin x<-\dfrac{1}{2}\) dans \(]-\pi\,;\,\pi]\) ; c) \(2\sin x-\sqrt{3}>0\) dans \([0\,;\,2\pi]\).

    Exercice 11 – Des coordonnées polaires aux coordonnées cartésiennes

    Le plan est muni d’un repère orthonormé direct d’origine O. Les points A, B, C et D sont repérés par leurs coordonnées polaires \([r\,;\,\theta]\) :

    \(A[2\,;\,\dfrac{\pi}{3}]\), \(B[4\,;\,\dfrac{3\pi}{4}]\), \(C[3\,;\,-\dfrac{\pi}{2}]\), \(D[\sqrt{2}\,;\,\dfrac{5\pi}{4}]\).

    Plan muni d'un repère orthonormé avec des cercles de rayons 1, 2, 3 et 4 centrés en O et les points A, B, C et D repérés par leurs coordonnées polaires

    Donner les coordonnées cartésiennes exactes de chacun de ces points.

    Exercice 12 – Des coordonnées cartésiennes aux coordonnées polaires

    Déterminer des coordonnées polaires \([r\,;\,\theta]\), avec \(r>0\) et \(\theta\in]-\pi\,;\,\pi]\), des points suivants, donnés par leurs coordonnées cartésiennes dans un repère orthonormé direct :

    \(A(1\,;\,1)\), \(B(-\sqrt{3}\,;\,1)\), \(C(-2\,;\,-2\sqrt{3})\), \(D(0\,;\,-5)\), \(E(3\,;\,-3)\).

    Exercice 13 – Angles orientés dans un carré

    ABCD est un carré direct de côté 1. ABE est un triangle équilatéral direct, avec E à l’intérieur du carré.

    Un carré direct ABCD de côté 1 avec le triangle équilatéral direct ABE à l'intérieur du carré

    Déterminer la mesure principale des angles orientés suivants :

    a) \((\vec{AB},\vec{AE})\) ; b) \((\vec{AE},\vec{AD})\) ; c) \((\vec{BE},\vec{BC})\) ; d) \((\vec{DA},\vec{DE})\).

    Exercice 14 – Relation de Chasles

    Noa

    Noa : Les vecteurs \(\vec{u}\), \(\vec{v}\) et \(\vec{w}\) sont non nuls. On sait que \((\vec{u},\vec{v})=\dfrac{5\pi}{6}\,[2\pi]\) et que \((\vec{v},\vec{w})=\dfrac{\pi}{3}\,[2\pi]\).

    Déterminer la mesure principale des angles suivants :

    a) \((\vec{u},\vec{w})\) ; b) \((\vec{w},\vec{u})\) ; c) \((-\vec{u},\vec{v})\) ; d) \((\vec{u},-\vec{w})\).

    Les vecteurs \(\vec{u}\) et \(\vec{w}\) sont-ils colinéaires ?

    Exercice 15 – Colinéarité et orthogonalité

    Pour chaque couple de vecteurs non nuls \((\vec{u},\vec{v})\), on donne une mesure de l’angle orienté \((\vec{u},\vec{v})\). Indiquer s’ils sont colinéaires de même sens, colinéaires de sens contraires, orthogonaux, ou dans aucun de ces cas. Justifier.

    a) \(4\pi\) ; b) \(-5\pi\) ; c) \(\dfrac{9\pi}{2}\) ; d) \(-\dfrac{7\pi}{2}\) ; e) \(\dfrac{2023\pi}{3}\).

    Exercice 16 – Les aiguilles d’une horloge

    On mesure les angles en radians, dans le sens direct (sens inverse des aiguilles d’une montre). Le centre de l’horloge est O.

    Horloge qui indique 4 heures 20 minutes

    1. À 4 h 20, donner la mesure principale de l’angle orienté entre l’aiguille des heures et l’aiguille des minutes (de la première vers la seconde).

    2. On compte le temps \(t\) en heures à partir de midi. L’aiguille des minutes tourne de \(-2\pi\) radian par heure et l’aiguille des heures de \(-\dfrac{\pi}{6}\) radian par heure. À quel instant (à la seconde près) les deux aiguilles sont-elles superposées pour la première fois après midi ?

    Exercice 17 – Un triangle en coordonnées polaires

    Dans un repère orthonormé direct d’origine O, on considère les points A et B de coordonnées polaires \(A[4\,;\,\dfrac{\pi}{6}]\) et \(B[4\,;\,\dfrac{2\pi}{3}]\).

    Les points A et B dans un repère orthonormé direct, reliés à l'origine O

    1. Déterminer les coordonnées cartésiennes de A et de B.

    2. Calculer la mesure principale de \((\vec{OA},\vec{OB})\). Quelle est la nature du triangle OAB ?

    3. Calculer la longueur AB et l’aire du triangle OAB.

    4. Soit I le milieu de [AB]. Déterminer ses coordonnées cartésiennes, puis ses coordonnées polaires.

    Exercice 18 – Image d’un point par une rotation

    Dans un repère orthonormé direct d’origine O, le point M a pour coordonnées polaires \([6\,;\,\dfrac{\pi}{4}]\).

    1. Donner les coordonnées cartésiennes de M.

    2. Soit \(M_1\), \(M_2\) et \(M_3\) les images de M par les rotations de centre O et d’angles respectifs \(\dfrac{\pi}{2}\), \(-\dfrac{\pi}{3}\) et \(\pi\). Donner leurs coordonnées polaires, puis leurs coordonnées cartésiennes exactes.

    Exercice 19 – Hexagone régulier

    ABCDEF est un hexagone régulier de centre O, dont les sommets sont nommés dans le sens direct.

    Hexagone régulier ABCDEF de centre O, sommets nommés dans le sens direct

    Déterminer la mesure principale des angles orientés suivants :

    a) \((\vec{OA},\vec{OC})\) ; b) \((\vec{OA},\vec{OE})\) ; c) \((\vec{AB},\vec{AC})\) ; d) \((\vec{AB},\vec{AD})\) ; e) \((\vec{AB},\vec{DE})\) ; f) \((\vec{AB},\vec{CD})\).

    Exercice 20 – La grande roue

    Une grande roue a un rayon de 20 m et son centre est situé à 22 m au-dessus du sol. Elle effectue un tour complet en 12 minutes, dans le sens direct. À l’instant \(t=0\) (en minutes), une nacelle se trouve au point le plus bas.

    Schéma d'une grande roue de rayon 20 m dont le centre est à 22 m du sol ; la nacelle part du point le plus bas

    1. Montrer que la hauteur de la nacelle au-dessus du sol, en mètres, est \(h(t)=22-20\cos(\dfrac{\pi t}{6})\).

    2. Calculer \(h(0)\), \(h(2)\), \(h(3)\), \(h(4)\) et \(h(6)\).

    3. À quels instants de l’intervalle \([0\,;\,12]\) la nacelle est-elle à 12 m du sol ?

    4. Pendant combien de minutes, au cours d’un tour, la nacelle est-elle à plus de 32 m du sol ?

    Corrigé des exercices de maths.

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