Version élève → Mathématiques · Lycée général · 1re · Première

Séquence 5 · Trigonométrie : cercle trigonométrique, radian, cosinus et sinus

Comment repérer un point qui tourne sur un cercle, comme une nacelle de grande roue ou la valve d'une roue de vélo ?

Bonjour !

Dans cette séquence de mathématiques, tu vas chercher à répondre à la grande question écrite en haut de la page. Elle se fait en 2 séances. Pour chaque séance : lis la consigne, étudie les documents, réponds aux questions sur ta feuille ou sur l'ENT, puis recopie l'essentiel dans ton cahier. Tu peux imprimer cette page avec le bouton « Imprimer ».

À la fin, je serai capable de :

Les mots importants

cercle trigonométrique, sens directradian, longueur d'arcimage d'un réel sur le cerclecos x et sin x, cos² x + sin² x = 1angles associés (−x, π − x, π + x)

Ressources de la séquence

Les notions, les repères et les pistes pour aller plus loin, utiles pour toutes les séances.

Les notions à maîtriser

Cercle trigonométrique
Cercle de centre O et de rayon 1, orienté dans le sens direct (contraire des aiguilles d'une montre).
Radian
Mesure d'un angle qui intercepte un arc de longueur 1 sur le cercle trigonométrique ; π rad = 180°.
Image d'un réel
Point M obtenu en enroulant la droite des réels sur le cercle ; x et x + 2kπ ont la même image.
Cosinus et sinus
cos x et sin x sont l'abscisse et l'ordonnée de l'image M de x.
Relation fondamentale
cos² x + sin² x = 1.
Valeurs remarquables
cos(π/6) = √3/2, cos(π/4) = √2/2, cos(π/3) = 1/2, et les sinus correspondants.

Repères

DateÉvénement
IIe siècle av. J.‑C.Hipparque dresse des tables de cordes pour l'astronomie.
IIIe siècle av. J.‑C.Archimède encadre π entre 223/71 et 22/7 avec des polygones à 96 côtés.
Ve siècleAryabhata utilise des tables de demi‑cordes, ancêtres du sinus.
1748Euler fait de sinus et cosinus des fonctions d'un nombre réel.

Pour aller plus loin

Sources et bibliographie

Mon parcours : je choisis mon rythme

Séance 1 · Le cercle trigonométrique et le radian

65 min

Séance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes avec coups de pouce.

La question du jour

Comment mesurer un angle avec une longueur ?

Mon plan de travail

Le cours à lire · Radian et enroulement

Le cercle trigonométrique a pour centre O, pour rayon 1, et il est orienté dans le sens direct (sens contraire des aiguilles d'une montre). Sa longueur vaut 2π. On enroule la droite des réels sur le cercle à partir du point I(1 ; 0) : à chaque réel x correspond un point M, image de x. L'arc IM a pour longueur |x|. Le radian est l'angle qui intercepte un arc de longueur 1 : π rad = 180°. Deux réels qui diffèrent d'un multiple de 2π ont la même image : x et x + 2kπ. Sur un cercle de rayon R, un angle de x radians intercepte un arc de longueur Rx.

Document 1 · La valve du vélo

Situation-problème.

La roue d'un vélo a un rayon de 35 cm. On repère la position de la valve par l'angle de rotation de la roue. Après un tour complet, le vélo a avancé d'une longueur égale au périmètre de la roue.

Source : Situation construite pour la séance par le professeur (données fictives, choisies pour être réalistes).

Activité 1 · Chercher

12 min
Essentiel

Supports : Document 1

Consigne :

Calculez.

  1. Distance parcourue par le vélo pour un tour ? Pour un angle de 1 radian ?
  2. Convertissez 90°, 45°, 30° en radians.
  3. Quel angle en radians pour avancer de 1 m ?

Ce qui est attendu (6 pts) : Résultats justes et justifiés

Activité 2 · S'entraîner

18 min
Essentiel

Supports : Cours

Consigne :

Placez sur le cercle.

  1. Images de π/2, π, −π/2, 3π.
  2. Les réels 7π/3 et π/3 ont‑ils la même image ?
  3. Mesure dans ]−π ; π] de 17π/6.

Ce qui est attendu (7 pts) : Méthode et résultats

Activité 3 · Communiquer

15 min
Travail à rendre

Supports : Documents et cours

Consigne :

Expliquez à un élève absent (8 lignes) pourquoi on mesure les angles en radians et comment placer l'image de 13π/4 sur le cercle. Pour bien commencer : Le radian est défini… · Pour placer 13π/4, on retire… · Le point obtenu est…

Ce qui est attendu (7 pts) : Raisonnement · Rédaction

Trace écrite · document à compléter (papier ou ENT)

Complète la trace écrite avec les mots de la banque, puis recopie-la dans ton cahier.

1180imageRx

Le cercle trigonométrique a pour rayon ______. π radians valent ______ degrés. Les réels x et x + 2π ont la même ______. Sur un cercle de rayon R, un angle de x radians intercepte un arc de longueur ______.

Séance 2 · Cosinus, sinus et angles associés

65 min

Séance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes avec coups de pouce.

La question du jour

Comment calculer la hauteur d'une nacelle ?

Mon plan de travail

Le cours à lire · Cosinus et sinus d'un réel

Si M est l'image du réel x, cos x est l'abscisse et sin x l'ordonnée de M. Donc −1 ≤ cos x ≤ 1, −1 ≤ sin x ≤ 1 et, par Pythagore, cos² x + sin² x = 1. Pour 0 < x < π/2, on retrouve le cosinus et le sinus du triangle rectangle. Valeurs remarquables : cos 0 = 1, cos(π/6) = √3/2, cos(π/4) = √2/2, cos(π/3) = 1/2, cos(π/2) = 0 (et les sinus dans l'ordre inverse). Angles associés, par symétries : cos(−x) = cos x, sin(−x) = −sin x ; cos(π − x) = −cos x, sin(π − x) = sin x ; cos(π + x) = −cos x, sin(π + x) = −sin x.

Document 1 · La grande roue

Situation-problème.

Une grande roue de 20 m de rayon a son axe à 22 m du sol. On repère une nacelle par le réel x (en radians) dont on a tourné depuis la position à hauteur de l'axe, côté est, en tournant dans le sens direct.

Source : Situation construite pour la séance par le professeur (données fictives, choisies pour être réalistes).

Activité 1 · Chercher

12 min
Essentiel

Supports : Document 1

Consigne :

Modélisez.

  1. Coordonnées de la nacelle dans un repère centré sur l'axe (unité : m) ?
  2. Hauteur au‑dessus du sol ?
  3. Hauteur pour x = π/6 et x = 3π/2 ?

Ce qui est attendu (6 pts) : Résultats justes et justifiés

Activité 2 · S'entraîner

18 min
Essentiel

Supports : Cours

Consigne :

Calculez sans calculatrice.

  1. cos(2π/3) et sin(2π/3).
  2. cos(5π/4) et sin(5π/4).
  3. Sachant sin x = 0,6 et 0 < x < π/2, calculez cos x.

Ce qui est attendu (7 pts) : Méthode et résultats

Activité 3 · Démontrer

15 min
Travail à rendre

Supports : Documents et cours

Consigne :

Démontrez à l'aide d'une figure que cos(π − x) = −cos x et sin(π − x) = sin x, puis calculez la hauteur de la nacelle pour x = 5π/6. Rédigez en 8 lignes. Pour bien commencer : Les images de x et π − x sont symétriques par rapport à… · Leurs abscisses sont donc… · Pour x = 5π/6, …

Ce qui est attendu (7 pts) : Raisonnement · Rédaction

Trace écrite · document à compléter (papier ou ENT)

Complète la trace écrite avec les mots de la banque, puis recopie-la dans ton cahier.

1abscisseordonnée−cos x

cos x est l'________ du point image de x, sin x son ________. cos² x + sin² x = ______. cos(π − x) = ______.

Fiche à trous · je complète

Complète le texte avec les mots de la banque (sur papier ou dans le document de l'ENT).

1180cos x−sin x

Un angle de π radians correspond à ______ degrés.

Sur le cercle trigonométrique, l'abscisse du point image de x est ______.

Pour tout réel x, cos² x + sin² x = ______.

cos(−x) = cos x et sin(−x) = ______.

Ce que j'ai appris

Les 3 idées que je retiens :
Une méthode ou une formule que je veux retenir :
Ce qui reste difficile pour moi / ma question pour le professeur :