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On donne le complexe $z=\sqrt{2+\sqrt{2}}+i\sqrt{2-\sqrt{2}}$
  1. Déterminer la forme algébrique de $z^2$
    On peut utiliser les identités remarquables
    $(\sqrt{2+\sqrt{2}})(\sqrt{2-\sqrt{2}})=\sqrt{(2+\sqrt{2})(2-\sqrt{2})}$
    $z^2=\left(\sqrt{2+\sqrt{2}}+i\sqrt{2-\sqrt{2}}\right)^2$
    $\phantom{z^2}=\sqrt{2+\sqrt{2}}^2+2\times \sqrt{2+\sqrt{2}}\times i\sqrt{2-\sqrt{2}}+i^2\sqrt{2-\sqrt{2}}^2$
    $\phantom{z^2}=2+\sqrt{2}+2i\sqrt{2+\sqrt{2}}\sqrt{2-\sqrt{2}}-(2-\sqrt{2})$

    $\phantom{z^2}=2+\sqrt{2}+2i\sqrt{(2+\sqrt{2})(2-\sqrt{2})}-(2-\sqrt{2})$
    $\phantom{z^2}=2+\sqrt{2}+2i\sqrt{2^2-\sqrt{2}^2}-2+\sqrt{2}$
    $\phantom{z^2}=2\sqrt{2}+2i\sqrt{2}$
  2. Déterminer la forme trigonométrique de $z^2$.

    Forme trigonométrique


    Soit $z=x+iY$ un complexe.
    Le module de $z$ noté $|z|$ est $|z|=OM=\sqrt{x^2+y^2}$.
    Si $z\neq 0$ l'argument de $z$ noté $arg(z)$ est une mesure en radians de l'angle $(\overrightarrow{i};\overrightarrow{OM})$}
    On a alors $x=|z|cos(arg(z))$ et $y=|z|sin(arg(z))$ soit $z=|z|(cos(arg(z)+isin(arg(z))$
    Cette forme est appelée forme trigonométrique} de $z$.
    $|z^2|=\sqrt{(2\sqrt{2})^2+(2\sqrt{2})^2}=\sqrt{8+8}=4$
    $z=4\left(\dfrac{\sqrt{2}}{2}+i\dfrac{\sqrt{2}}{2}\right)$
    Si on note $\theta=arg\left(z^2\right)$ on a alors:
    $\begin{cases} cos(\theta)=\dfrac{\sqrt{2}}{2}\\ sin(\theta)=\dfrac{\sqrt{2}}{2} \end{cases}$
    et donc $\theta=\dfrac{\pi}{4}$ ($2\pi$).
  3. En déduire le module et l'argument de $z$.
    On a donc $|z^2|=|z|^2$ et $arg(z^2)=2arg(z)$ ($2\pi$)
    $\left\vert z^2\right\vert =4=|z|^2$ donc $|z|=\sqrt{4}=2$.
    $arg\left(z^2\right)=\dfrac{\pi}{4}+k2\pi=2arg(z)$ avec $k\in \mathbb{Z}$
    donc $arg(z)=\dfrac{\pi}{8}+k\pi$ avec $k\in \mathbb{Z}$
    La mesure principale de $arg(z)$ est donc $\dfrac{\pi}{8}$ ou $\dfrac{\pi}{8}-\pi=\dfrac{-7\pi}{8}$. Or $Re(z)=\sqrt{2+\sqrt{2}}$ donc $Re(z)>0$.
    $cos\left(\dfrac{-7\pi}{8}\right)<0$ donc $arg(z)=\dfrac{\pi}{8}$ ($2\pi$)
  4. En déduire la valeur exacte de $cos\left(\dfrac{\pi}{8}\right)$ et de $sin\left(\dfrac{\pi}{8}\right)$.
    Il faut utiliser la forme trigonométrique de $z$ et la forme algébrique de $z$.
    On a $z=2e^{i\frac{\pi}{8}}=2\left( cos\left(\dfrac{\pi}{8}\right)+isin\left(\dfrac{\pi}{8}\right) \right)$
    et $z=\sqrt{2+\sqrt{2}}+i\sqrt{2-\sqrt{2}}$
    Les parties réelles et imaginaires doivent être égales
    donc $2cos\left(\dfrac{\pi}{8}\right)=\sqrt{2+\sqrt{2}}$ soit $cos\left(\dfrac{\pi}{8}\right)=\dfrac{\sqrt{2+\sqrt{2}}}{2}$
    et $2sin\left(\dfrac{\pi}{8}\right)=\sqrt{2-\sqrt{2}}$ soit $sin\left(\dfrac{\pi}{8}\right)=\dfrac{\sqrt{2-\sqrt{2}}}{2}$


    Penser à contrôler les calculs avec la calculatrice (réglée en radians...)

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