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Prépa, 1re année › Nombres complexes › Exprimer cos(nx) ou sin(nx) en fonction de cos x et sin x

Exprimer cos(nx) ou sin(nx) en fonction de cos x et sin x : méthode (MPSI)

Méthode

Exprimer cos(nx) ou sin(nx) en fonction de cos x et sin x

C'est l'opération inverse de la linéarisation.

  1. Écrire $\cos(nx)=\mathrm{Re}\big((\cos x+i\sin x)^n\big)$ et $\sin(nx)=\mathrm{Im}\big((\cos x+i\sin x)^n\big)$ (Moivre).
  2. Développer avec le binôme.
  3. Garder les termes réels (puissances paires de $i\sin x$) ou imaginaires, et utiliser $\sin^2x=1-\cos^2x$ si l'on veut un polynôme en $\cos x$.
Exemple

cos(3x) en fonction de cos x

Avec $c=\cos x$ et $s=\sin x$ : $(c+is)^3=c^3+3ic^2s-3cs^2-is^3$. Donc $$\cos(3x)=c^3-3cs^2=c^3-3c(1-c^2)=4\cos^3x-3\cos x,\qquad \sin(3x)=3c^2s-s^3=3\sin x-4\sin^3x.$$

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Dans le cours

Nombres complexes : Exprimer cos(nx) ou sin(nx) en fonction de cos x et sin x