Table de lignes trigonométriques exactes

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Cercle trigonométrique et angles remarquables

Cette table de lignes trigonométriques exactes rassemble certaines valeurs des fonctions trigonométriques sinus, cosinus, tangente et cotangente sous forme d'expressions algébriques à l'aide de racines carrées de réels, parfois imbriquées. Ces expressions sont obtenues à partir des valeurs remarquables pour les angles de 30° (dans le triangle équilatéral) et de 36° (dans le pentagone régulier) et à l'aide des identités trigonométriques de duplication et d'addition des angles.

Cette table est nécessairement incomplète, dans le sens où il est toujours possible de déduire une expression algébrique pour l'angle moitié ou l'angle double. En outre, de telles expressions sont en théorie calculables pour les angles de tout polygone régulier dont le nombre de côtés est un nombre premier de Fermat[1], or ici seuls les deux premiers ont été exploités : 3, 5.

Tables de valeurs[modifier | modifier le code]

Dans un polygone régulier à n côtés, inscrit dans un cercle de rayon R, l'apothème et le demi-côté valent respectivement Rcos(π/n) et Rsin(π/n). Ces égalités relient naturellement les lignes trigonométriques des angles π/n radians avec les polygones réguliers à n côtés.

Table de lignes trigonométriques exactes[2] pour quelques angles  
angle sinus cosinus tangente cotangente polygone régulier
rad non défini
rad dodécagone
rad décagone
rad octogone
rad hexagone
rad pentagone
rad carré

Par soustraction on obtient une expression pour les lignes trigonométriques d'un angle de c'est-à-dire rad, puis de tous ses multiples.

Il n'existe pas d'expression algébrique des lignes trigonométriques à l'aide de radicaux réels pour l'angle de 1° ni, ce qui est équivalent — par différence (voir infra) avec celles pour 39° ci-dessus — pour l'angle de 40°, mais il en existe une formulée à l'aide de racines cubiques de nombres complexes : . .

Applications[modifier | modifier le code]

Ces constantes peuvent être utilisées pour exprimer le volume du dodécaèdre régulier en fonction de son arête a : .

Construction[modifier | modifier le code]

Lignes élémentaires[modifier | modifier le code]

Représentation géométrique des angles de 0, 30, 45, 60, et 90 degrés.

Les lignes trigonométriques pour les angles de 0°, 90°, 45°, 30° et 60° peuvent être calculés dans le cercle trigonométrique à l'aide du théorème de Pythagore.

Moyen mnémotechnique
On peut restituer une partie de la table en considérant la suite (n/2), pour n allant de 0 à 4 :
Angle sinus
rad
rad
rad
rad
rad

La table des cosinus est obtenue en inversant celle des sinus.

Triangles fondamentaux[modifier | modifier le code]

Polygone régulier à N sommets et son triangle rectangle fondamental, d'angle au centre π/N.

La dérivation des valeurs particulières de sinus, cosinus et tangente est basée sur la constructibilité de certains polygones réguliers. Un N-gone régulier se décompose en 2N triangles rectangles dont les trois sommets sont le centre du polygone, l'un de ses sommets, et le milieu d'une arête adjacente à ce sommet. Les angles d'un tel triangle sont π/N, π/2 – π/N et π/2.

Les constantes fondamentales sont associées aux polygones réguliers dont le nombre de côtés est un nombre premier de Fermat. Les seuls nombres premiers de Fermat connus sont 3, 5, 17, 257 et 216 + 1 = 65 537.

Addition et différence d'angles[modifier | modifier le code]

Grâce à l'identité de Bézout et aux formules d'addition et de différence, on peut déduire de ces constantes fondamentales celles des angles au centre de polygones réguliers dont le nombre de côtés est un produit de nombres premiers de Fermat distincts, ainsi que des multiples entiers de tels angles. Par exemple,

Division d'un angle en deux[modifier | modifier le code]

Les formules d'angle moitié permettent d'en déduire une infinité de constantes supplémentaires. Par exemple, à partir de cos(π/2) = 0, on trouve :

,

où le numérateur comporte n signes  .

Simplification des expressions[modifier | modifier le code]

Outre les simplifications élémentaires usuelles, on peut parfois désimbriquer des racines : pour réduire

(avec a et b rationnels, b ≥ 0 et ab), il suffit que le réel

soit rationnel.

Exemples
.
.

Notes et références[modifier | modifier le code]

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Exact trigonometric constants » (voir la liste des auteurs).
  1. Voir par exemple Heptadécagone.
  2. Lorsque 5 apparaît dans une expression, on peut le remplacer par 2φ – 1, où φ est le nombre d'or.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]