| Arc sinus | |
|---|---|
| Arc cosinus | |
| Arc tangente | |
| Inverser le sinus |
Leçon
La théorie — Fonctions trigonométriques réciproques
Les fonctions trigonométriques réciproques sin⁻¹ x, cos⁻¹ x et tan⁻¹ x (aussi notées arcsin, arccos et arctan) renvoient l'unique angle d'un intervalle fixe, la valeur principale, dont le sinus, le cosinus ou la tangente vaut x. Le −1 indique une fonction réciproque, et non un exposant : sin⁻¹ x n'est pas 1/sin x.
D’où vient la formule
- Le sinus n'est pas injectif. Une infinité d'angles partagent le même sinus : l'expression « l'angle dont le sinus vaut ½ » ne désigne donc aucun angle précis tant que l'on n'a pas fixé de convention.
- Restreindre, puis inverser. De −π/2 à π/2, le sinus monte de −1 à 1 en prenant chaque valeur une seule fois : il y admet donc une réciproque. Le cosinus est restreint à 0 ≤ y ≤ π et la tangente à −π/2 < y < π/2 pour la même raison.
- La réciproque n'agit que dans un sens. L'égalité sin(sin⁻¹ x) = x vaut pour tout x admissible, mais sin⁻¹(sin θ) ne renvoie θ que si θ appartient déjà à l'intervalle. Sinon, elle renvoie l'angle de cet intervalle ayant le même sinus.
- Les composées se lisent sur un triangle rectangle. En posant y = sin⁻¹ x, on a sin y = x. Le théorème de Pythagore donne la longueur du second côté, et l'intervalle décide de son signe.
- Suppose
- sin⁻¹ et cos⁻¹ n'acceptent que −1 ≤ x ≤ 1 ; tan⁻¹ accepte n'importe quel nombre réel.
Problèmes entièrement résolus
-
Un sinus négatif 2 étapes
Trouvez la valeur exacte de sin⁻¹(−1/2).
Ouvrez ce problème dans l'outil
-
La réponse doit se trouver dans l'intervalle de sin⁻¹ :
-
π/6 a pour sinus 1/2 et le sinus est impair, donc l'angle situé dans l'intervalle est −π/6 :
Réponse
sin⁻¹(−1/2) = −π/6. 7π/6 et 11π/6 ont le même sinus, mais se situent hors de l'intervalle.
-
-
Un cosinus négatif 2 étapes
Trouvez la valeur exacte de cos⁻¹(−√3/2).
Ouvrez ce problème dans l'outil
Afficher la solution
-
L'intervalle s'étend de 0 à π, et l'angle de référence est π/6 :
-
Dans cet intervalle, le cosinus n'est négatif qu'au-delà de π/2 : l'angle vaut donc π − π/6 :
Réponse
cos⁻¹(−√3/2) = 5π/6.
-
-
Une tangente réciproque 2 étapes
Trouvez la valeur exacte de tan⁻¹(−√3).
Ouvrez ce problème dans l'outil
Afficher la solution
-
tan⁻¹ accepte tous les réels et renvoie un résultat strictement compris entre −π/2 et π/2 :
-
tan(π/3) = √3, et la tangente est impaire :
Réponse
tan⁻¹(−√3) = −π/3.
-
-
Quelles fonctions réciproques existent 2 étapes
Parmi sin⁻¹ 1,5, cos⁻¹(−1,2) et tan⁻¹ 1,5, lesquelles existent ? Évaluez celles qui sont définies.
Ouvrez ce problème dans l'outil
Afficher la solution
-
Le sinus et le cosinus sont les coordonnées d'un point sur le cercle trigonométrique : sin⁻¹ et cos⁻¹ n'acceptent donc que des valeurs de −1 à 1 :
-
La tangente prend toutes les valeurs réelles, donc tan⁻¹ 1,5 existe. Comme il ne s'agit pas d'un angle remarquable, on le calcule en radians à la calculatrice :
Réponse
Seule tan⁻¹ 1,5 ≈ 0,9828 existe, soit environ 56,3099°. sin⁻¹ 1,5 et cos⁻¹(−1,2) ne sont pas définies.
-
-
Simplifier le sinus hors de l'intervalle 2 étapes
Calculez sin⁻¹(sin 5π/6).
Ouvrez ce problème dans l'outil
Afficher la solution
-
5π/6 se situe hors de l'intervalle : la réponse n'est donc pas 5π/6 :
-
π − θ a le même sinus que θ, et π − 5π/6 appartient à l'intervalle :
Réponse
sin⁻¹(sin 5π/6) = π/6.
-
-
Simplifier le cosinus hors de l'intervalle 2 étapes
Calculez cos⁻¹(cos 4π/3).
Ouvrez ce problème dans l'outil
Afficher la solution
-
4π/3 dépasse π et se trouve hors de l'intervalle :
-
2π − θ a le même cosinus que θ, car le cosinus est pair et de période 2π ; de plus, 2π − 4π/3 est dans l'intervalle :
Réponse
cos⁻¹(cos 4π/3) = 2π/3.
-
-
Une composée avec un argument négatif 3 étapes
Trouvez la valeur exacte de tan(cos⁻¹(−3/5)).
Ouvrez ce problème dans l'outil
Afficher la solution
-
Appelons y cet angle. Son cosinus vaut −3/5 : l'intervalle le situe donc au-delà de π/2 :
-
Le sinus y est positif, donc d'après sin²y + cos²y = 1
-
et sachant que tan y = sin y / cos y :
Réponse
tan(cos⁻¹(−3/5)) = −4/3.
-
-
Une composée en x 3 étapes
Exprimez cos(sin⁻¹ x) en fonction de x, puis vérifiez pour x = −3/5.
Ouvrez ce problème dans l'outil
Afficher la solution
-
Appelons y cet angle. L'intervalle de sin⁻¹ maintient y entre −π/2 et π/2, où le cosinus n'est jamais négatif :
-
la racine conserve donc son signe positif :
-
Pour x = −3/5 :
Réponse
cos(sin⁻¹ x) = √(1 − x²), sans aucun ±, pour tout x de −1 à 1.
-
-
Une équation avec fonction réciproque 2 étapes
Résolvez cos⁻¹ x = 2π/3, puis cos⁻¹ x = −π/3.
Ouvrez ce problème dans l'outil
Afficher la solution
-
Prenons le cosinus des deux membres. 2π/3 appartient à l'intervalle, c'est donc l'unique solution :
-
cos⁻¹ ne renvoie jamais −π/3, qui se trouve en dehors de son intervalle :
Réponse
x = −1/2 pour la première équation ; la seconde n'a aucune solution. En effet, cos(−π/3) = 1/2, mais cos⁻¹(1/2) vaut π/3.
-
Exercices supplémentaires, réponses seules
-
Calculez tan⁻¹(tan 2π/3).
Afficher la réponse
−π/3, c'est-à-dire 2π/3 − π.
-
Calculez cos⁻¹(cos(−2π/5)).
Afficher la réponse
2π/5, puisque le cosinus est pair.
-
Calculez sin⁻¹(sin 4), avec 4 en radians.
Afficher la réponse
π − 4 ≈ −0,8584, car 4 est compris entre π/2 et 3π/2.
-
Trouvez la valeur exacte de sin(cos⁻¹(−12/13)).
Afficher la réponse
5/13 : l'angle se situe au-delà de π/2, où le sinus est positif.
-
Exprimez tan(sin⁻¹ x) en fonction de x.
Afficher la réponse
x/√(1 − x²), pour −1 < x < 1.
-
Montrez que sin⁻¹ x + cos⁻¹ x = π/2 pour −1 ≤ x ≤ 1, et vérifiez cette relation pour x = −1/2.
Afficher la réponse
Si y = sin⁻¹ x, alors cos(π/2 − y) = sin y = x ; de plus, π/2 − y est compris entre 0 et π, donc π/2 − y = cos⁻¹ x.
Parcours
Identités et équations trigonométriques
Références (1)
- The domains and principal ranges of sin⁻¹, cos⁻¹ and tan⁻¹, sin⁻¹(sin x) = x only for −π/2 ≤ x ≤ π/2, the warning that sin⁻¹ x is not 1/sin x, and compositions such as cos(sin⁻¹ x) by a right triangle: J. Abramson, Precalculus 2e, OpenStax (2021), section 6.3, “Inverse Trigonometric Functions”.