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13 ex.

Difficulté :
L'essentiel du cours (4 notions)

Forme algébrique et opérations dans $\mathbb{C}$

Définition : Tout complexe s'écrit de façon unique $z = a + \mathrm{i}b$ avec $a,b \in \mathbb{R}$ et $\mathrm{i}^2 = -1$. $a = \mathrm{Re}(z)$ est la partie réelle, $b = \mathrm{Im}(z)$ la partie imaginaire.

Propriété : Le conjugué est $\bar{z} = a - \mathrm{i}b$. Si $z \neq 0$, $z \bar{z} = a^2 + b^2$ et son inverse est $\frac{1}{z} = \frac{\bar{z}}{a^2 + b^2}$.

Exemple : Pour $z = 1 + 2\mathrm{i}$ : $\bar{z} = 1 - 2\mathrm{i}$ et $\frac{1}{z} = \frac{1-2\mathrm{i}}{1^2+2^2} = \frac{1}{5} - \frac{2}{5}\mathrm{i}$.

Résolution de l'équation $az = b$

Méthode : 1. Isoler $z$ : si $a \neq 0$, $z = \frac{b}{a}$. 2. Multiplier numérateur et dénominateur par $\bar{a}$ pour rendre le dénominateur réel. 3. Écrire le résultat sous forme algébrique.

Exemple : $\mathrm{i} z = 2 + \mathrm{i} \iff z = \frac{2+\mathrm{i}}{\mathrm{i}} = \frac{(2+\mathrm{i})(-\mathrm{i})}{1} = 1 - 2\mathrm{i}$.

Équations comportant $z$ et $\bar{z}$

Méthode : 1. Poser $z = x + \mathrm{i}y$ ($x,y \in \mathbb{R}$) et $\bar{z} = x - \mathrm{i}y$. 2. Regrouper pour obtenir $A(x,y) + \mathrm{i}B(x,y) = 0$. 3. Résoudre le système réel $A(x,y) = 0$ et $B(x,y) = 0$.

Exemple : $2z + \bar{z} = 3 + \mathrm{i} \iff 3x + \mathrm{i}y = 3 + \mathrm{i} \iff x=1, y=1$, d'où $z = 1 + \mathrm{i}$.

Formule du binôme de Newton

Propriété : Pour $a,b \in \mathbb{C}$ et $n \in \mathbb{N}$ : $(a+b)^n = \sum_{k=0}^n \binom{n}{k} a^{n-k} b^k$. Les coefficients $\binom{n}{k}$ s'obtiennent avec le triangle de Pascal.

Exemple : $(1+\mathrm{i})^3 = 1^3 + 3(1)^2\mathrm{i} + 3(1)\mathrm{i}^2 + \mathrm{i}^3 = 1 + 3\mathrm{i} - 3 - \mathrm{i} = -2 + 2\mathrm{i}$.

★ Standard

On considère le nombre complexe $Z = \dfrac{7+i}{3-i}$.

  1. Écrire $Z$ sous sa forme algébrique $a+ib$, avec $a$ et $b$ réels.
  2. En déduire la valeur de la partie réelle de $Z$.

Saisir la valeur de la partie réelle de $Z$.

★ Standard

Soit $k$ un nombre réel. On considère l'équation d'inconnue complexe $z$ :

$$(1 + 2i) z = k - 5i$$

Sachant que la partie réelle de la solution $z$ est égale à $3$, déterminer la valeur du réel $k$.

Valeur de $k$ :

★ Standard

Soit $k$ un nombre réel.

On considère l'équation d'inconnue complexe $z$ :

$$(2 + i) z = k + 5i$$

En exprimant d'abord la solution $z$ sous forme algébrique en fonction de $k$, déterminer la valeur de $k$ pour laquelle la partie réelle de $z$ est égale à $3$.

Saisir la valeur du réel $k$.

★ Standard

On considère l'équation $3z - 2\bar{z} = 4 + 15\mathrm{i}$ d'inconnue complexe $z$.

En posant $z = x + \mathrm{i}y$ avec $x$ et $y$ réels, déterminer la partie réelle $x$ du nombre complexe $z$ solution de cette équation.

Saisir la valeur de $x$.

★ Standard

Soit $a$ un nombre réel strictement positif.

On pose $z = (a + \mathrm{i})^3$.

À l'aide de la formule du binôme de Newton, développer $z$ sous forme algébrique puis déterminer la valeur de $a$ sachant que la partie imaginaire de $z$ est égale à $11$.

Saisir la valeur de $a$.

★ Standard

Pour tout nombre réel $k$, on considère le nombre complexe :

$$Z(k) = (2 + \text{i})^3 + k(1 + 2\text{i})^3$$

En développant les puissances à l'aide de la formule du binôme de Newton, déterminer la valeur du paramètre réel $k$ pour laquelle $Z(k)$ est un nombre réel.

Saisir la valeur de $k$ sous forme décimale.

★ Standard

Soit $k$ un nombre réel. On considère dans $\mathbb{C}$ l'équation d'inconnue $z$ :

$$(3 - 2i) z = k + 8i$$

Déterminer la valeur du réel $k$ pour laquelle la partie imaginaire de l'unique solution de cette équation est égale à $4$.

Saisir la valeur de $k$.

★★ Avancé

Soit $k$ un nombre réel strictement positif. On considère le nombre complexe défini par :

$$Z = (k + 2i)^4$$

On cherche la valeur de $k$ pour laquelle le nombre complexe $Z$ est un nombre réel.

Quelle est la valeur du réel $k > 0$ ?

★★ Avancé

Soit $k$ un nombre réel. On considère le nombre complexe $z$ défini par :

$$z = \frac{2 + ik}{3 - 4i}$$

Sachant que la partie réelle de $z$ est égale à $2$, déterminer la valeur du réel $k$.

Saisir la valeur de $k$.

★★ Avancé

Soit $k$ un nombre réel. On considère l'équation d'inconnue complexe $z$ suivante :

$$ (3 + i) z - 2k + 1 = (1 - i) z + k i - 4 $$

Déterminer la valeur du réel $k$ pour laquelle la solution $z$ de cette équation est un nombre réel.

Saisir la valeur du réel $k$.

★★ Avancé

Soit $k$ un nombre réel. On considère l'équation d'inconnue complexe $z$ suivante :

$$ (3+i)z + (1-2i)\overline{z} = k + 5i $$

Sachant que cette équation admet une solution $z$ dont la partie réelle est égale à $7$, déterminer la valeur du paramètre réel $k$.

Saisir la valeur de $k$.

★★ Avancé

On considère le nombre complexe $z = 2 - 3\mathrm{i}$.

Pour tout nombre réel $k$, on définit le nombre complexe $Z$ par :

$$Z = \frac{k z + 4\mathrm{i}}{\overline{z} - \mathrm{i}}$$

Déterminer la valeur du réel $k$ pour laquelle $Z$ est un nombre réel.

Saisir cette valeur sous la forme d'une fraction irréductible ou d'un nombre décimal.

★★ Avancé

Soit $k$ un nombre réel strictement supérieur à $1$.

On considère le nombre complexe $Z = (k + \text{i})^4$.

Sachant que la partie imaginaire de $Z$ est égale à $\dfrac{15}{2}$, déterminer la valeur de $k$.

Saisir la valeur de $k$ sous forme d'une fraction irréductible.