Prépa, 1re année › Nombres complexes › Linéariser cos^p x sin^q x
Linéariser cos^p x sin^q x : méthode (MPSI)
Méthode
Linéariser cos^p x sin^q x
Linéariser, c'est écrire $\cos^p x\sin^q x$ comme combinaison linéaire de $\cos(kx)$ et $\sin(kx)$ (utile pour intégrer).
- Remplacer $\cos x$ et $\sin x$ par les formules d'Euler.
- Développer avec le binôme de Newton (sans oublier les facteurs $\dfrac{1}{2^p}$ et $\dfrac{1}{(2i)^q}$).
- Regrouper les termes conjugués $e^{ikx}$ et $e^{-ikx}$, puis réutiliser Euler dans l'autre sens : $e^{ikx}+e^{-ikx}=2\cos(kx)$ et $e^{ikx}-e^{-ikx}=2i\sin(kx)$.
Exemple
Linéarisation de cos³x
$$\cos^3x=\left(\frac{e^{ix}+e^{-ix}}{2}\right)^3=\frac{e^{3ix}+3e^{ix}+3e^{-ix}+e^{-3ix}}{8}=\frac{2\cos(3x)+6\cos x}{8}.$$ Donc $\cos^3x=\dfrac{\cos(3x)+3\cos x}{4}$. Contrôle en $x=0$ : $1=\dfrac{1+3}{4}$. Conséquence : $\displaystyle\int_0^{\pi/2}\cos^3x\,\mathrm{d}x=\left[\frac{\sin 3x}{12}+\frac{3\sin x}{4}\right]_0^{\pi/2}=-\frac{1}{12}+\frac34=\frac23.$
S’entraîner
- Forme trigonométrique et valeurs de cos(π/12)
- Deux linéarisations et une intégrale
- Équations du second degré à coefficients complexes
- Sommes trigonométriques avec coefficients binomiaux
- Valeur exacte de cos(2π/5) par les racines cinquièmes de l'unité