Terminale · Mathématiques

Sinus et cosinus

Chapitre 7

15 questions originales à réponses multiples pour vérifier les notions, les méthodes et les points de vigilance du chapitre.

Lis la situation de chaque question, prends une feuille et un stylo pour les calculs, puis sélectionne toutes les propositions exactes. Une, deux, trois ou quatre réponses peuvent être justes ; ouvre ensuite la correction détaillée.

Comment répondre ?

Prévois une feuille et un stylo pour poser tes calculs et rédiger tes étapes. Chaque QCM propose cinq affirmations. Une ou plusieurs réponses peuvent être exactes. Coche-les, vérifie, puis ouvre la correction pour comprendre chaque proposition. Tu obtiens un point seulement si tu coches toutes les bonnes réponses, sans cocher de réponse fausse.

0 question vérifiée sur 15

Question 1

Angle de π/3

Sur le cercle trigonométrique, un point correspond à l'angle π/3 radians. Lire ses coordonnées et leurs signes.

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Réponse attendue : B, D

  1. A — Faux. La valeur 1/2 est le cosinus de π/3 ; le sinus vaut √3/2. Les deux coordonnées remarquables sont différentes ; il faut lire l'ordonnée du point, pas son abscisse.

  2. B — Vrai. Sur le cercle unité, l'abscisse du point d'angle π/3 est 1/2 ; cet angle est dans le premier quadrant.

  3. C — Faux. On obtient 3/4 + 1/4 = 1, conformément à l'équation du cercle unité. La somme des carrés des coordonnées d'un point du cercle unité doit toujours valoir 1.

  4. D — Vrai. L'ordonnée est positive et la valeur remarquable du sinus de 60° est √3/2. Le point d'angle π/3 a donc pour coordonnées (1/2 ; √3/2) sur le cercle unité.

  5. E — Faux. L'angle π/3 se trouve dans le premier quadrant, où les deux coordonnées du cercle unité sont positives.

Méthode à retenir. Les coordonnées sont (cos θ ; sin θ), dans le premier quadrant pour θ = π/3.

Question 2

Parité des fonctions trigonométriques

Un élève ramène l'angle −π/6 à l'angle positif π/6. Quelles égalités sont exactes ?

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Réponse attendue : B

  1. A — Faux. Le sinus change de signe, mais le cosinus ne change pas ; les parités des deux fonctions diffèrent.

  2. B — Vrai. Par imparité, sin(−θ) = −sin θ. Or sin(π/6) = 1/2, donc la valeur demandée est −1/2. La réflexion par rapport à l'axe horizontal conserve l'abscisse et rend l'ordonnée opposée.

  3. C — Faux. Le cosinus est pair et garde le même signe aux angles opposés ; sa valeur est positive ici.

  4. D — Faux. Le cosinus est pair, donc cos(−π/6) = cos(π/6) = √3/2. La valeur √2/2 correspond à un angle de π/4.

  5. E — Faux. L'égalité aurait lieu seulement si le sinus était nul ; ici les deux valeurs sont −1/2 et +1/2.

Méthode à retenir. Le sinus est impair et le cosinus est pair ; conserve les valeurs remarquables correspondantes.

Question 3

Retirer une période

Calculer les valeurs trigonométriques de 13π/6 radians après réduction modulo 2π.

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Réponse attendue : B, C

  1. A — Faux. En retirant 2π, on obtient π/6, angle du premier quadrant, où les deux coordonnées sont positives.

  2. B — Vrai. La périodicité de cosinus donne cos(13π/6) = cos(π/6) = √3/2. On retire exactement 2π = 12π/6 ; l'angle restant π/6 est dans le premier quadrant.

  3. C — Vrai. Comme 13π/6 − 2π = π/6, le sinus prend la même valeur qu'en π/6, soit 1/2. La réduction conserve donc l'ordonnée positive du point du premier quadrant, égale à 1/2.

  4. D — Faux. Une période complète ramène au même point du cercle ; le sinus reste +1/2. Le signe négatif correspondrait au point réfléchi sous l'axe horizontal, qui n'est pas obtenu ici.

  5. E — Faux. Leur différence est 12π/6 = 2π ; c'est une période complète et non une demi-période. Une différence de 2π ramène au même point, tandis que π donnerait le point opposé.

Méthode à retenir. Écris 13π/6 = 2π + π/6 et utilise la période 2π des deux fonctions.

Question 4

Équation en sinus

Résoudre sin(x) = 1/2 pour x dans l'intervalle [0 ; 2π]. Identifier les solutions.

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Réponse attendue : A, C

  1. A — Vrai. La valeur remarquable sin(π/6) = 1/2 et π/6 appartient au segment annoncé. Il faut toutefois chercher aussi dans le deuxième quadrant, car le sinus y reste positif.

  2. B — Faux. L'angle 7π/6 est dans le troisième quadrant ; son sinus vaut −1/2. La réflexion après un demi-tour place le point sous l'axe horizontal, contrairement au sinus demandé positif.

  3. C — Vrai. Dans le deuxième quadrant, sin(5π/6) = sin(π/6) = 1/2 ; 5π/6 appartient aussi au segment. Le symétrique de π/6 par rapport à l'axe vertical conserve précisément cette ordonnée positive.

  4. D — Faux. À x = π/2, sin(x) = 1, et non 1/2. Les solutions de l'intervalle sont π/6 et 5π/6.

  5. E — Faux. Cet angle négatif se trouve hors de l'intervalle demandé, et son sinus vaut −1/2. Vérifier l'appartenance à l'intervalle précède le test trigonométrique : ici les deux échouent.

Méthode à retenir. Le sinus est positif dans les deux premiers quadrants et prend cette valeur aux angles de référence π/6.

Question 5

Équation en cosinus négatif

Résoudre cos(x) = −√2/2 pour x ∈ [0 ; 2π]. Plusieurs choix sont proposés.

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Réponse attendue : A, D

  1. A — Vrai. En troisième quadrant, l'abscisse reste négative et sa valeur remarquable est −√2/2. Un contrôle direct donne cos(π + π/4) = −cos(π/4) = −√2/2.

  2. B — Faux. En quatrième quadrant, cos(7π/4) = +√2/2 ; l'ordonnée seule y est négative. Cet angle possède la même abscisse positive que π/4, par symétrie autour de l'axe horizontal.

  3. C — Faux. Deux angles, 3π/4 et 5π/4, donnent le cosinus négatif demandé dans [0 ; 2π]. Les deux points appartiennent respectivement aux quadrants II et III, où l'abscisse est négative.

  4. D — Vrai. Le point de deuxième quadrant d'angle 3π/4 a pour abscisse −√2/2. L'angle de référence π/4 donne un module √2/2 ; le quadrant II fixe le signe négatif.

  5. E — Faux. En premier quadrant, cos(π/4) = +√2/2 ; son signe n'est pas celui recherché. Pour obtenir le signe moins, il faut passer au quadrant II ou au quadrant III.

Méthode à retenir. Le cosinus est négatif dans les quadrants II et III, avec angle de référence π/4.

Question 6

Compléter des coordonnées du cercle

Un point du cercle unité se trouve dans le quadrant II et son abscisse est cos θ = −3/5. Déterminer sin θ.

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Réponse attendue : A, B, E

  1. A — Vrai. Dans le deuxième quadrant, le sinus est positif ; la racine positive de 16/25 vaut 4/5. On choisit le signe de la racine seulement après avoir lu la position du point sur le cercle.

  2. B — Vrai. Le point du cercle unité est à gauche de l'axe vertical et au-dessus de l'axe horizontal : son abscisse est négative et son ordonnée positive.

  3. C — Faux. La valeur absolue 4/5 est correcte, mais le quadrant II impose une ordonnée positive. Ce signe négatif décrirait le quadrant III, et non le quadrant II indiqué dans l'énoncé.

  4. D — Faux. La relation correcte porte sur les carrés des coordonnées et non sur leur somme ; 8/5 dépasse même 1.

  5. E — Vrai. Le cosinus au carré vaut 9/25 ; l'identité fondamentale donne sin² θ = 1 − 9/25 = 16/25.

Méthode à retenir. Utilise cos² θ + sin² θ = 1, puis choisis le signe donné par le quadrant.

Question 7

Addition de deux angles remarquables

On additionne α = π/6 et β = π/3 radians. Quelles valeurs obtenues sont correctes ?

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Réponse attendue : A, E

  1. A — Vrai. On a α + β = π/2 ; le point correspondant sur le cercle a une abscisse nulle.

  2. B — Faux. La formule correcte est cos α cos β − sin α sin β ; ici elle donne zéro.

  3. C — Faux. Avec un dénominateur commun, π/6 + 2π/6 = 3π/6 = π/2. Les fractions d'angle s'additionnent par leurs numérateurs une fois le dénominateur commun choisi.

  4. D — Faux. Le sinus d'une somme n'est pas la somme des sinus ; ici cette dernière vaudrait (1 + √3)/2.

  5. E — Vrai. La somme des angles vaut π/2, dont le sinus est 1. La formule d'addition conduit au même résultat.

Méthode à retenir. La somme vaut π/2 ; tu peux aussi vérifier avec les formules d'addition de sinus et cosinus.

Question 8

Dérivée du sinus à l'origine

Pour f(x) = sin(x), déterminer la tangente en x = 0 et vérifier la valeur de la dérivée.

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Réponse attendue : C, E

  1. A — Faux. Le signe moins appartient à la dérivée de cos(x), qui vaut −sin(x), et non à celle de sin(x).

  2. B — Faux. La dérivée y vaut 1 et non 0 ; la droite y = x est oblique. Une tangente horizontale demanderait une pente nulle ; or cos(0) = 1.

  3. C — Vrai. La courbe passe par (0 ; 0) et la pente y vaut 1 ; y = 0 + 1(x − 0) = x.

  4. D — Faux. Le point d'angle zéro du cercle unité est (1 ; 0) ; son ordonnée sinus vaut zéro. Le sinus est l'ordonnée du point image, tandis que son abscisse est le cosinus.

  5. E — Vrai. La dérivée vaut cos(x). Au point zéro, cos(0) = 1, ce qui donne la pente de la tangente.

Méthode à retenir. La dérivée du sinus est le cosinus ; calcule f(0) et f′(0).

Question 9

Équation avec transformation affine

Sur [0 ; 2π], résoudre 2sin(x) − 1 = 0, puis compter ses solutions.

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Réponse attendue : A, C, E

  1. A — Vrai. Ajouter 1 aux deux membres puis diviser par 2, nombre non nul, donne la relation trigonométrique annoncée.

  2. B — Faux. L'inconnue est l'angle dont le sinus vaut 1/2 ; on ne peut confondre une image avec son antécédent.

  3. C — Vrai. Sur un tour complet, le sinus vaut 1/2 en premier et deuxième quadrants aux angles π/6 et π − π/6.

  4. D — Faux. L'égalité 2sin(x) − 1 = 0 donne 2sin(x) = 1 et donc le signe positif 1/2. La division par 2 ne change pas le signe positif du second membre 1.

  5. E — Vrai. Les deux valeurs précédentes sont distinctes ; ni 0 ni 2π n'ont un sinus égal à 1/2. Les angles π/6 et 5π/6 épuisent les points du cercle d'ordonnée 1/2 dans un tour.

Méthode à retenir. Isole sin(x) puis repère les deux angles de l'intervalle où ce sinus vaut 1/2.

Question 10

Variation du cosinus sur un demi-tour

On étudie f(x) = cos(x) pour x ∈ [0 ; π]. Que disent sa dérivée et ses valeurs extrêmes ?

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Réponse attendue : D, E

  1. A — Faux. La dérivée est l'opposé de sin(x) ; elle est négative sur l'intérieur de l'intervalle. Dans l'intérieur ]0 ; π[, sin(x) > 0, donc −sin(x) < 0 : le sens annoncé est inversé.

  2. B — Faux. La dérivation du cosinus comporte un signe moins : f′(x) = −sin(x), ce qui commande la décroissance.

  3. C — Faux. On a cos(π/2) = 0, mais cos continue à décroître jusqu'à cos(π) = −1, véritable minimum sur [0 ; π].

  4. D — Vrai. Sa dérivée −sin(x) est strictement négative à l'intérieur ; les valeurs aux bornes sont 1 puis −1.

  5. E — Vrai. La décroissance sur le segment place la plus grande valeur à gauche, et cos(0) = 1.

Méthode à retenir. Sur ]0 ; π[, sin(x) > 0 et f′(x) = −sin(x).

Question 11

Équation à angle doublé

Sur le segment [0 ; π], résoudre cos(2x) = 0. Examiner les angles x proposés.

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Réponse attendue : B, C, D

  1. A — Faux. L'angle du cosinus est 2x ; oublier ce facteur change les solutions de l'équation. La variable cherchée est x ; on résout d'abord pour 2x, puis on divise les angles obtenus par deux.

  2. B — Vrai. Le changement de variable y = 2x parcourt un tour complet, contenant exactement les deux zéros indiqués. Les deux zéros de cosinus sur [0 ; 2π] donnent, après division par deux, π/4 et 3π/4.

  3. C — Vrai. En doublant l'angle, 2x = π/2, où le cosinus vaut zéro ; π/4 est dans le segment.

  4. D — Vrai. Le double vaut 3π/2, deuxième zéro du cosinus sur [0 ; 2π]. L'angle proposé reste dans [0 ; π], et la substitution dans cos(2x) vérifie l'équation.

  5. E — Faux. Son double vaut π et cos(π) = −1, ce qui ne satisfait pas l'équation. Le test doit être effectué dans l'expression cos(2x), pas dans cos(x) seul.

Méthode à retenir. L'angle 2x parcourt [0 ; 2π] ; le cosinus s'annule en π/2 et 3π/2.

Question 12

Ajouter π à un angle

Un angle θ est quelconque. Comparer sinus et cosinus de θ + π à ceux de θ.

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Réponse attendue : A, D, E

  1. A — Vrai. La rotation de 2π correspond à un tour complet ; elle ramène au même point et à la même ordonnée.

  2. B — Faux. Ajouter π correspond à un demi-tour, pas une période entière ; le sinus change de signe sauf s'il est nul.

  3. C — Faux. La coordonnée horizontale est elle aussi opposée après le demi-tour ; l'égalité générale demande 2π.

  4. D — Vrai. Le même demi-tour change aussi l'abscisse du point : le cosinus prend la valeur opposée. Cette relation exprime la coordonnée horizontale du point opposé après une rotation d'un demi-tour.

  5. E — Vrai. Le point du cercle d'angle θ + π est diamétralement opposé au point d'angle θ ; son ordonnée change de signe.

Méthode à retenir. Une rotation d'un demi-tour envoie un point du cercle sur son opposé et change les deux coordonnées de signe.

Question 13

Amplitude d'une somme sinus-cosinus

Pour x réel, f(x) = sin(x) + cos(x). On veut connaître sa valeur maximale.

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Réponse attendue : A, B, D

  1. A — Vrai. Un sinus prend les valeurs de −1 à 1 ; multiplié par √2, son maximum devient √2.

  2. B — Vrai. Alors sin(π/4) + cos(π/4) = √2/2 + √2/2 = √2, et la borne supérieure est atteinte.

  3. C — Faux. À l'origine, sin(0) = 0 et cos(0) = 1, donc f(0) = 1. La valeur en zéro suffit à réfuter l'égalité proposée, car une affirmation ponctuelle se contrôle par substitution.

  4. D — Vrai. La formule d'addition donne √2[sin x × √2/2 + cos x × √2/2] = sin x + cos x.

  5. E — Faux. Sinus et cosinus ne valent jamais simultanément 1 au même angle ; leur somme maximale vaut √2.

Méthode à retenir. Écris f(x) = √2 sin(x + π/4) en utilisant la formule d'addition.

Question 14

Produit trigonométrique

Sur ℝ, g(x) = sin(x)cos(x). Étudier sa valeur maximale à l'aide de l'angle doublé.

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Réponse attendue : A, B, D, E

  1. A — Vrai. On a sin(π/4) = cos(π/4) = √2/2 ; leur produit vaut (√2/2)² = 1/2.

  2. B — Vrai. Comme sin(2x) ≤ 1, le produit est au plus 1/2 ; cette valeur est atteinte lorsque 2x = π/2 modulo 2π.

  3. C — Faux. Ce majorant grossier n'est pas atteint ; les deux facteurs ne peuvent valoir 1 au même angle.

  4. D — Vrai. À x = 3π/4, sin(x) = √2/2 et cos(x) = −√2/2 ; leur produit vaut −1/2. L'identité g(x) = sin(2x)/2 confirme ce signe.

  5. E — Vrai. En divisant l'identité sin(2x) = 2sin(x)cos(x) par 2, on obtient exactement la formule. L'identité est valable pour chaque x réel, sans restriction à un quadrant ou à un intervalle.

Méthode à retenir. Utilise sin(2x) = 2sin(x)cos(x) et l'encadrement −1 ≤ sin(2x) ≤ 1.

Question 15

Modèle périodique et unités

Le nombre réel t ≥ 0 est la valeur numérique du temps exprimé en heures (t = 6 signifie 6 h). La hauteur H(t), en mètres, est donnée par H(t) = 3 + 2cos(πt/6). On examine notamment de t = 0 à t = 12. Quelles lectures du modèle sont exactes ?

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Réponse attendue : C, D, E

  1. A — Faux. Le décalage vertical vaut 3 m ; l'amplitude est la valeur absolue du coefficient du cosinus, soit 2 m.

  2. B — Faux. À t = 12, l'argument vaut 2π et le cosinus revient à 1 ; la hauteur vaut 5 m.

  3. C — Vrai. Augmenter t de 12 ajoute 2π à l'argument du cosinus, sans changer H : H(t + 12) = H(t).

  4. D — Vrai. L'argument à t = 6 vaut π ; cos(π) = −1, donc H(6) = (3 − 2) m = 1 m.

  5. E — Vrai. Le cosinus de zéro vaut 1 ; ainsi H(0) = (3 + 2 × 1) m = 5 m.

Méthode à retenir. L'argument πt/6 est sans dimension lorsque t est le nombre d'heures ; calcule les valeurs en 0, 6 et 12.

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