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Trigonométrie

Mathématiques IGCSE · Sujet 6

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8:37

Trigonométrie

Quelle hauteur fait cette tour ? Vous ne pouvez pas l'escalader avec un mètre ruban. Mais vous pouvez rester au sol, reculer de cinquante mètres, et mesurer un seul angle — l'angle que vous…

Narration en anglais · Sous-titres anglais + 中文 incrustés

Cette fiche couvre le Sujet 6, Trigonométrie. Les parties marquées (Étendu) ne sont testées que sur les papers Étendus ; tout le reste concerne les deux niveaux. Arrondissez les angles à une décimale près.

6.1

Théorème de Pythagore

Programme
Contenu subjectif Notes et exemples
Connaitre et utiliser le théorème de Pythagore.

Source : Programme Cambridge International

Pythagore : la preuve par réarrangement

Le théorème de Pythagore 勾股定理 relie les trois côtés d'un triangle rectangle 直角三角形 (un triangle 三角形 avec un angle $90^{\circ}$). Si le côté le plus long (l'hypoténuse 斜边, opposé à l'angle droit) est $c$, alors

$$a^{2} + b^{2} = c^{2}.$$

Utilisez-le pour trouver un côté manquant.

Un triangle rectangle 3-4-5 avec un carré tracé sur chaque côté ; les carrés des deux petits côtés ont des aires 9 et 16, qui s'additionnent à 25 sur l'hypoténuse
Pythagore sous forme d'aires : les carrés des deux côtés plus courts ($9+16$) s'additionnent au carré de l'hypoténuse ($25$).

Exemple résolu. Un triangle rectangle a une hypoténuse de $13\text{ cm}$ et un petit côté de $5\text{ cm}$. Trouver l'autre petit côté.

$$b^{2} = 13^{2} - 5^{2} = 169 - 25 = 144, \qquad b = \sqrt{144} = 12\text{ cm}.$$
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Théorème de Pythagore

Modifiez les deux côtés courts et voyez $a^2 + b^2 = c^2$ — les carrés sur les côtés s'additionnent vraiment.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
Pythagoras' theorem/paɪˈθæɡərəs ˈθɪərəm/ 勾股定理 gōu gǔ dìng lǐ
right-angled triangle/raɪt ˈæŋɡld ˈtraɪæŋɡl/ 直角三角形 zhí jiǎo sān jiǎo xíng
triangle/ˈtraɪæŋɡl/ 三角形 sān jiǎo xíng
hypotenuse/haɪˈpɒtənjuːs/ 斜边 xié biān
opposite/ˈɒpəzɪt/ 对边 duì biān
6.2

Trigonométrie dans les triangles rectangles

Programme
Contenu subjectif Notes et exemples
1 Connaitre et utiliser les rapports sinus, cosinus et tangente pour les angles aigus dans les calculs impliquant les côtés et angles d'un triangle rectangle. Les angles seront donnés en degrés et les réponses doivent être écrites en degrés, avec des décimales correctes à une décimale près.
2 Résoudre des problèmes en deux dimensions en utilisant le théorème de Pythagore et la trigonométrie. La connaissance des azimuts peut être requise.
Contenu subjectif Notes et exemples
1 Connaitre et utiliser les rapports sinus, cosinus et tangente pour les angles aigus dans les calculs impliquant les côtés et angles d'un triangle rectangle. Les angles seront donnés en degrés et les réponses doivent être écrites en degrés, avec des décimales correctes à une décimale près.
2 Résoudre des problèmes en deux dimensions en utilisant le théorème de Pythagore et la trigonométrie. La connaissance des azimuts peut être requise.
3 Savoir que la distance perpendiculaire d'un point à une ligne est la plus courte distance vers cette ligne.
4 Effectuer des calculs impliquant les angles d'élévation et d'abaissement.

Source : Programme Cambridge International

SOH CAH TOA : le rapport appartient à l'angle

Étiquetez les côtés par rapport à l'angle utilisé : l'opposé 对边 (face à l'angle), l'adjacent 邻边 (à côté de l'angle), et l'hypoténuse. Les trois rapports sont le sinus 正弦, le cosinus 余弦 et le tangente ratio 正切 (sin, cos, tan) :

$$\sin\theta = \frac{\text{opp}}{\text{hyp}}, \qquad \cos\theta = \frac{\text{adj}}{\text{hyp}}, \qquad \tan\theta = \frac{\text{opp}}{\text{adj}}.$$

Retenez-les comme SOH-CAH-TOA. Pour trouver un angle, utilisez l'inverse ($\sin^{-1}$, $\cos^{-1}$, $\tan^{-1}$).

Un triangle rectangle avec un angle marqué theta, son côté opposé, son côté adjacent et son hypoténuse étiquetés
Nommez les côtés par rapport à l'angle $\theta$ : l'opposé est face à lui, l'adjacent à côté, et l'hypoténuse opposée à l'angle droit (SOH-CAH-TOA).

Exemple résolu (trouver un côté). Dans un triangle rectangle, l'hypoténuse est $10\text{ cm}$ et l'angle est $30^{\circ}$. Trouver le côté opposé.

$$\text{opp} = 10 \times \sin 30^{\circ} = 10 \times 0.5 = 5\text{ cm}.$$

Exemple résolu (trouver un angle). Le côté opposé est $4\text{ cm}$ et le côté adjacent est $3\text{ cm}$.

$$\tan\theta = \frac{4}{3}, \qquad \theta = \tan^{-1}\!\left(\frac{4}{3}\right) = 53.1^{\circ}.$$
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Sinus, cosinus et tangente

Faites glisser l'angle sur le cercle trigonométrique pour voir d'où viennent sin, cos et tan.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
adjacent/əˈdʒeɪsənt/ 邻边 lín biān
6.2

Angles d'élévation et d'abaissement (Étendu)

Programme
Contenu subjectif Notes et exemples
1 Connaitre et utiliser les rapports sinus, cosinus et tangente pour les angles aigus dans les calculs impliquant les côtés et angles d'un triangle rectangle. Les angles seront donnés en degrés et les réponses doivent être écrites en degrés, avec des décimales correctes à une décimale près.
2 Résoudre des problèmes en deux dimensions en utilisant le théorème de Pythagore et la trigonométrie. La connaissance des azimuts peut être requise.
3 Savoir que la distance perpendiculaire d'un point à une ligne est la plus courte distance vers cette ligne.
4 Effectuer des calculs impliquant les angles d'élévation et d'abaissement.

Source : Programme Cambridge International

Regarder vers le haut vers la Tour Eiffel
Regarder vers le haut vers une tour implique un angle d'élévation.

L'angle d'élévation 仰角 est l'angle vers le haut depuis l'horizontale jusqu'à un objet au-dessus de vous. L'angle d'abaissement 俯角 est l'angle vers le bas depuis l'horizontale jusqu'à un objet en dessous de vous. La distance la plus courte d'un point à une ligne est la distance perpendiculaire 垂直.

Deux schémas : un observateur regardant vers le haut vers un objet haut avec l'angle d'élévation marqué, et un observateur en hauteur regardant vers le bas vers un objet avec l'angle d'abaissement marqué
L'angle d'élévation regarde vers le haut depuis l'horizontale ; l'angle d'abaissement regarde vers le bas.

Exemple résolu. D'un point $50\text{ m}$ du pied d'une tour, l'angle d'élévation vers le sommet est $40^{\circ}$. Trouver la hauteur de la tour.

$$\text{height} = 50 \times \tan 40^{\circ} = 50 \times 0.839 = 42.0\text{ m}.$$
6.3

Valeurs trigonométriques exactes (Étendu)

Programme
Contenu subjectif Notes et exemples
Connaître les valeurs exactes de : 1 $\sin x$ et $\cos x$ pour $x = 0^\circ, 30^\circ, 45^\circ, 60^\circ$ et $90^\circ$. 2 $\tan x$ pour $x = 0^\circ, 30^\circ, 45^\circ$ et $60^\circ$.

Source : Programme Cambridge International

Vous devez connaître ces valeurs exactes sans calculatrice.

$x$ $0^{\circ}$ $30^{\circ}$ $45^{\circ}$ $60^{\circ}$ $90^{\circ}$
$\sin x$ $0$ $\tfrac{1}{2}$ $\tfrac{\sqrt{2}}{2}$ $\tfrac{\sqrt{3}}{2}$ $1$
$\cos x$ $1$ $\tfrac{\sqrt{3}}{2}$ $\tfrac{\sqrt{2}}{2}$ $\tfrac{1}{2}$ $0$
$\tan x$ $0$ $\tfrac{1}{\sqrt{3}}$ $1$ $\sqrt{3}$ —
Un triangle 45-45-90 avec des côtés 1, 1 et racine 2, et un triangle 30-60-90 avec des côtés 1, racine 3 et 2
Ces deux triangles particuliers sont d'où viennent les valeurs exactes — worth memorising.
6.4

Graphiques et équations trigonométriques (Étendu)

Programme
Contenu subjectif Notes et exemples
1 Reconnaître, dessiner et interpréter les graphiques suivants pour $0^\circ \leqslant x \leqslant 360^\circ$ : • $y = \sin x$ • $y = \cos x$ • $y = \tan x$.
2 Résoudre des équations trigonométriques impliquant $\sin x$, $\cos x$ ou $\tan x$, pour $0^\circ \leqslant x \leqslant 360^\circ$. ex. résoudre : • $\sin x = \frac{\sqrt{3}}{2}$ pour $0^\circ \leqslant x \leqslant 360^\circ$ • $2 \cos x + 1 = 0$ pour $0^\circ \leqslant x \leqslant 360^\circ$.

Source : Programme Cambridge International

La Roue de Paris
Une grande roue : un point sur le pourtour trace une courbe sinusoïdale en tournant.

Pour $0^{\circ} \leqslant x \leqslant 360^{\circ}$ :

  • $y = \sin x$ est une onde partant de $0$, atteignant un pic à $90^{\circ}$, revenant à $0$ à $180^{\circ}$, descendant à $-1$ à $270^{\circ}$.
  • $y = \cos x$ est la même onde mais partant de $1$.
  • $y = \tan x$ monte raide et se répète tous les $180^{\circ}$.
Les graphiques de y = sin x et y = cos x de 0 à 360 degrés, deux ondes douces entre -1 et 1
$y=\sin x$ et $y=\cos x$ sont des ondes douces entre $-1$ et $1$ ; le cosinus est le sinus décalé vers la gauche de $90^\circ$.

Une équation trigonométrique 三角方程 a souvent plusieurs réponses dans cette plage. Utilisez le graphique (ou la symétrie de l'onde) pour les trouver toutes.

Exemple résolu. Résolvez $\sin x = \tfrac{\sqrt{3}}{2}$ pour $0^{\circ} \leqslant x \leqslant 360^{\circ}$.

Une réponse est $x = 60^{\circ}$. L'onde sinusoïdale est aussi $\tfrac{\sqrt{3}}{2}$ à $180^{\circ} - 60^{\circ} = 120^{\circ}$. Donc $x = 60^{\circ}$ ou $120^{\circ}$.

Exemple résolu. Résolvez $2\cos x + 1 = 0$ pour $0^{\circ} \leqslant x \leqslant 360^{\circ}$.

$$\cos x = -\tfrac{1}{2} \;\Rightarrow\; x = 120^{\circ} \text{ or } 240^{\circ}.$$
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Graphiques trig & équations

(cos θ, sin θ)

Alors que θ tourne, sin et cos tracent leurs ondes — et se répètent toutes les 360°.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
sine/saɪn/ 正弦 zhèng xián
cosine/ˈkəʊsaɪn/ 余弦 yú xián
tangent ratio/ˈtændʒənt ˈreɪʃɪəʊ/ 正切 zhèng qiē
angle of elevation/ˈæŋɡl ɒv ˌelɪˈveɪʃn/ 仰角 yǎng jiǎo
angle of depression/ˈæŋɡl ɒv dɪˈpreʃn/ 俯角 fǔ jiǎo
perpendicular/ˌpɜːpənˈdɪkjʊlə/ 垂直 chuí zhí
trigonometric equation/ˌtrɪɡənəʊˈmetrɪk ɪˈkweɪʒn/ 三角方程 sān jiǎo fāng chéng
6.5

Les règles du sinus et du cosinus (Étendu)

Programme
Contenu subjectif Notes et exemples
1 Utiliser les théorèmes du sinus et du cosinus dans les calculs concernant les longueurs et les angles de tout triangle. Comprend des problèmes impliquant des angles obtus et le cas ambigu.
2 Utiliser la formule $\text{area of triangle} = \frac{1}{2} ab \sin C$. Les théorèmes du sinus et du cosinus ainsi que la formule de l'aire d'un triangle sont donnés dans la Liste de formules.

Source : Programme Cambridge International

Pour n'importe quel triangle (pas seulement rectangle), avec des côtés $a, b, c$ opposés aux angles $A, B, C$ :

$$\text{sine rule:}\quad \frac{a}{\sin A} = \frac{b}{\sin B} = \frac{c}{\sin C},$$
$$\text{cosine rule:}\quad a^{2} = b^{2} + c^{2} - 2bc\cos A.$$
Un triangle quelconque avec les sommets A, B, C et les côtés a, b, c, où chaque côté est opposé à l'angle de la même lettre
Dans n'importe quel triangle, les côtés $a$, $b$, $c$ sont opposés aux angles $A$, $B$, $C$ de la même lettre.

Utilisez la règle du sinus 正弦定理 lorsque vous avez un côté et son angle opposé. Utilisez la règle du cosinus 余弦定理 lorsque vous avez deux côtés et l'angle compris entre eux, ou les trois côtés. Avec la règle du sinus, faites attention au cas ambigu 两解情况, où un angle peut être aigu ou obtus.

L'aire de n'importe quel triangle est

$$\text{area} = \tfrac{1}{2}ab\sin C.$$

Exemple résolu. Un triangle a $b = 7\text{ cm}$, $c = 8\text{ cm}$ et l'angle compris entre eux $A = 40^{\circ}$. Trouvez le côté $a$.

$$a^{2} = 7^{2} + 8^{2} - 2(7)(8)\cos 40^{\circ} = 113 - 112 \times 0.766 = 27.2,$$
$$a = \sqrt{27.2} = 5.2\text{ cm}.$$
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Loi du sinus & loi du cosinus

Deux côtés et l'angle compris fixent le triangle : la loi du cosinus trouve le troisième côté, la loi du sinus les autres angles.

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Ce que signifient sin et cos

Faites tourner l'angle sur le cercle unité : le côté horizontal est cos θ et le côté vertical est sin θ — les mêmes rapports utilisés par les lois du sinus et du cosinus.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
sine rule/saɪn ruːl/ 正弦定理 zhèng xián dìng lǐ
cosine rule/ˈkəʊsaɪn ruːl/ 余弦定理 yú xián dìng lǐ
ambiguous case/æmˈbɪɡjuːəs keɪs/ 两解情况 liǎng jiě qíng kuàng
6.6

Pythagore et trigonométrie en 3D (Étendu)

Programme
Contenu subjectif Notes et exemples
Effectuer des calculs et résoudre des problèmes en trois dimensions en utilisant le théorème de Pythagore et la trigonométrie, y compris le calcul de l'angle entre une droite et un plan.

Source : Programme Cambridge International

En trois dimensions, trouvez un triangle rectangle à l'intérieur du solide, puis appliquez Pythagore ou la trigonométrie dessus. Une tâche courante est l'angle entre une ligne et une surface plane (un plan 平面).

Exemple résolu. Une boîte a une base $6\text{ cm}$ par $8\text{ cm}$ et une hauteur $5\text{ cm}$. Trouver l'angle entre une diagonale spatiale et la base.

D'abord la diagonale de la base : $\sqrt{6^{2} + 8^{2}} = \sqrt{100} = 10\text{ cm}$. Cette diagonale et la hauteur forment un triangle rectangle, donc l'angle $\theta$ avec la base est

$$\tan\theta = \frac{5}{10} = 0.5, \qquad \theta = \tan^{-1}(0.5) = 26.6^{\circ}.$$
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Théorème de Pythagore

Dans un triangle rectangle a² + b² = c². La même idée, appliquée deux fois, donne des longueurs à l'intérieur de solides 3D.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
plane/pleɪn/ 平面 píng miàn
6.6

Conseils d'examen

  • Utilisez Pythagore ($a^2 + b^2 = c^2$) lorsqu'il n'y a pas d'angle ; utilisez SOH-CAH-TOA lorsqu'un angle est impliqué.
  • L'hypoténuse est toujours opposée à l'angle droit. Étiquetez les côtés (opposé, adjacent, hypoténuse) par rapport à l'angle utilisé.
  • Pour trouver un angle, utilisez l'inverse ($\sin^{-1}$, $\cos^{-1}$, $\tan^{-1}$), et vérifiez que votre calculatrice est réglée sur les degrés.
  • Pour un triangle sans angle droit, utilisez la loi des sinus ou la loi des cosinus — la loi des cosinus lorsque vous connaissez deux côtés et l'angle compris entre eux.

Leçons interactives sur ce sujet

Traversez-le étape par étape, avec des exercices à vérification instantanée.

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