الامتحان الوطني الموحد للبكالوريا - الدورة العادية 2025

Exercice 2 (3,5 points)

Dans le plan complexe rapporté à un repère orthonormé direct (O;u⃗,v⃗)(O; \vec{u}, \vec{v}), on considère les points A,B,C,DA, B, C, D et Ω\Omega d'affixes respectives :

a=1+2i,b=aˉ,c=3(3+i)2a = 1 + 2i, \quad b = \bar{a}, \quad c = \frac{3(3+i)}{2} d=3(1+i)2,ω=52d = \frac{3(1+i)}{2}, \quad \omega = \frac{5}{2}
  1. a) Vérifier que a+b=2a + b = 2 et déduire que l'affixe du point PP, milieu du segment [AB][AB], est p=1p = 1
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On a :

a+b=a+aˉ=2Re(a)=2(1)=2a + b = a + \bar{a} = 2\mathcal{R}e(a) = 2(1) = 2

PP est le milieu du segment [AB][AB], donc son affixe est :

p=a+b2=22=1p = \frac{a+b}{2} = \frac{2}{2} = 1

1. b) Montrer que aa et bb sont les solutions de l'équation : z2−2z+5=0dans Cz^2 - 2z + 5 = 0 \quad \text{dans } \mathbb{C}

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On a a+b=2a+b = 2 et :

ab=a⋅aˉ=∣a∣2=(12+22)2=1+4=5ab = a \cdot \bar{a} = |a|^2 = (\sqrt{1^2 + 2^2})^2 = 1 + 4 = 5

Puisque la somme est a+b=2a+b = 2 et le produit est ab=5ab = 5, alors aa et bb sont les solutions de l'équation z2−(a+b)z+ab=0z^2 - (a+b)z + ab = 0, c'est-à-dire :

z2−2z+5=0z^2 - 2z + 5 = 0
  1. a) Vérifier que ∣a−ω∣=∣b−ω∣=∣ω−c∣|a - \omega| = |b - \omega| = |\omega - c|
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Calculons chaque module :

  • ω−a=52−(1+2i)=32−2i  ⟹  ∣ω−a∣=94+4=254=52\omega - a = \frac{5}{2} - (1+2i) = \frac{3}{2} - 2i \implies |\omega - a| = \sqrt{\frac{9}{4} + 4} = \sqrt{\frac{25}{4}} = \frac{5}{2}
  • ω−b=52−(1−2i)=32+2i  ⟹  ∣ω−b∣=94+4=254=52\omega - b = \frac{5}{2} - (1-2i) = \frac{3}{2} + 2i \implies |\omega - b| = \sqrt{\frac{9}{4} + 4} = \sqrt{\frac{25}{4}} = \frac{5}{2}
  • ω−c=52−9+3i2=5−9−3i2=−2−32i  ⟹  ∣ω−c∣=4+94=254=52\omega - c = \frac{5}{2} - \frac{9+3i}{2} = \frac{5 - 9 - 3i}{2} = -2 - \frac{3}{2}i \implies |\omega - c| = \sqrt{4 + \frac{9}{4}} = \sqrt{\frac{25}{4}} = \frac{5}{2}

Alors on a bien :

∣a−ω∣=∣b−ω∣=∣ω−c∣=52|a - \omega| = |b - \omega| = |\omega - c| = \frac{5}{2}

(Note : ∣a−ω∣|a - \omega| et ∣ω−a∣|\omega - a| représentent la même distance).

2. b) Déduire que ω\omega est le centre du cercle circonscrit au triangle ABCABC

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On a :

∣a−ω∣=∣b−ω∣=∣c−ω∣|a - \omega| = |b - \omega| = |c - \omega|

Donc ΩA=ΩB=ΩC\Omega A = \Omega B = \Omega C. Les points AA, BB et CC appartiennent donc au cercle de centre Ω\Omega et de rayon R=52R = \frac{5}{2}. C'est-à-dire que Ω\Omega est le centre du cercle circonscrit au triangle ABCABC.

  1. a) Vérifier que d−ca−b=34i\frac{d - c}{a - b} = \frac{3}{4} i
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Calculons séparément :

  • d−c=3(1+i)2−3(3+i)2=3+3i−9−3i2=−62=−3d - c = \frac{3(1+i)}{2} - \frac{3(3+i)}{2} = \frac{3 + 3i - 9 - 3i}{2} = \frac{-6}{2} = -3
  • a−b=(1+2i)−(1−2i)=4ia - b = (1+2i) - (1-2i) = 4i

Donc :

d−ca−b=−34i=−3i4i2=−3i−4=34i\frac{d-c}{a-b} = \frac{-3}{4i} = \frac{-3i}{4i^2} = \frac{-3i}{-4} = \frac{3}{4}i

3. b) Montrer que d−b=(c−a)eiπ2d - b = (c - a)e^{\frac{i\pi}{2}}, puis déduire que les droites (DB)(DB) et (AC)(AC) sont perpendiculaires

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Calculons d−bd-b et c−ac-a :

  • d−b=3+3i2−(1−2i)=3+3i−2+4i2=1+7i2d - b = \frac{3+3i}{2} - (1-2i) = \frac{3+3i - 2 + 4i}{2} = \frac{1+7i}{2}
  • c−a=9+3i2−(1+2i)=9+3i−2−4i2=7−i2c - a = \frac{9+3i}{2} - (1+2i) = \frac{9+3i - 2 - 4i}{2} = \frac{7-i}{2}

Faisons le rapport :

d−bc−a=1+7i7−i=(1+7i)(7+i)72+(−1)2=7+i+49i−750=50i50=i=eiπ2\begin{aligned} \frac{d-b}{c-a} &= \frac{1+7i}{7-i} \\ &= \frac{(1+7i)(7+i)}{7^2 + (-1)^2} \\ &= \frac{7 + i + 49i - 7}{50} \\ &= \frac{50i}{50} \\ &= i \\ &= e^{i\frac{\pi}{2}} \end{aligned}

Alors : d−b=(c−a)eiπ2d - b = (c - a)e^{i\frac{\pi}{2}}.

Pour la déduction :

(AC→,BD→)≡arg⁡(d−bc−a)(mod2π)≡arg⁡(i)(mod2π)≡π2(mod2π)\begin{aligned} (\overrightarrow{AC}, \overrightarrow{BD}) &\equiv \arg\left(\frac{d-b}{c-a}\right) \pmod{2\pi} \\ &\equiv \arg(i) \pmod{2\pi} \\ &\equiv \frac{\pi}{2} \pmod{2\pi} \end{aligned}

Donc les droites (DB)(DB) et (AC)(AC) sont perpendiculaires : (AC)⊥(BD)(AC) \perp (BD).

  1. Soit hh l'homothétie de centre CC et de rapport 23\frac{2}{3} qui transforme chaque point MM du plan d'affixe zz en un point M′M' d'affixe z′z'. On pose h(P)=Gh(P) = G.

4. a) Vérifier que z′=23z+13cz' = \frac{2}{3}z + \frac{1}{3}c

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L'homothétie hh de centre C(c)C(c) et de rapport k=23k = \frac{2}{3} se traduit par :

h(M)=M′  ⟺  z′−c=k(z−c)  ⟺  z′=23(z−c)+c  ⟺  z′=23z−23c+c  ⟺  z′=23z+13c\begin{aligned} h(M) = M' &\iff z' - c = k(z - c) \\ &\iff z' = \frac{2}{3}(z - c) + c \\ &\iff z' = \frac{2}{3}z - \frac{2}{3}c + c \\ &\iff z' = \frac{2}{3}z + \frac{1}{3}c \end{aligned}

(En utilisant la valeur de cc, on peut aussi l'écrire : z′=23z+3+i2=23z+32+12iz' = \frac{2}{3}z + \frac{3+i}{2} = \frac{2}{3}z + \frac{3}{2} + \frac{1}{2}i)

4. b) Montrer que l'affixe du point GG est : g=136+12ig = \frac{13}{6} + \frac{1}{2}i

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On a h(P)=Gh(P) = G, donc en utilisant l'expression complexe avec p=1p=1 :

g=23p+13c=23(1)+(32+12i)=23+32+12i=46+96+12i=136+12i\begin{aligned} g &= \frac{2}{3}p + \frac{1}{3}c \\ &= \frac{2}{3}(1) + \left(\frac{3}{2} + \frac{1}{2}i\right) \\ &= \frac{2}{3} + \frac{3}{2} + \frac{1}{2}i \\ &= \frac{4}{6} + \frac{9}{6} + \frac{1}{2}i \\ &= \frac{13}{6} + \frac{1}{2}i \end{aligned}
  1. Montrer que les points Ω\Omega, GG et DD sont alignés.
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Calculons les vecteurs ΩG→\overrightarrow{\Omega G} et ΩD→\overrightarrow{\Omega D} via leurs affixes :

g−ω=(136+12i)−52=136−156+12i=−26+12i=−13+12i\begin{aligned} g - \omega &= \left(\frac{13}{6} + \frac{1}{2}i\right) - \frac{5}{2} \\ &= \frac{13}{6} - \frac{15}{6} + \frac{1}{2}i \\ &= -\frac{2}{6} + \frac{1}{2}i \\ &= -\frac{1}{3} + \frac{1}{2}i \end{aligned}

Et pour d−ωd - \omega :

d−ω=3(1+i)2−52=3+3i−52=−1+32i\begin{aligned} d - \omega &= \frac{3(1+i)}{2} - \frac{5}{2} \\ &= \frac{3+3i-5}{2} \\ &= -1 + \frac{3}{2}i \end{aligned}

On remarque que :

−1+32i=3(−13+12i)-1 + \frac{3}{2}i = 3\left(-\frac{1}{3} + \frac{1}{2}i\right)

Ce qui implique :

d−ω=3(g−ω)  ⟹  g−ωd−ω=13∈Rd - \omega = 3(g - \omega) \implies \frac{g - \omega}{d - \omega} = \frac{1}{3} \in \mathbb{R}

Les vecteurs ΩG→\overrightarrow{\Omega G} et ΩD→\overrightarrow{\Omega D} sont donc colinéaires. Par conséquent, les points DD, GG et Ω\Omega sont alignés.