vignette|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 FermatVoir par exemple Heptadécagone., or ici seuls les deux premiers ont été exploités : 3, 5.

Tables de valeurs Dans un polygone régulier à côtés, inscrit dans un cercle de rayon , l'apothème et le demi-côté valent respectivement et . Ces égalités relient naturellement les lignes trigonométriques des angles radians avec les polygones réguliers à côtés. + Table de lignes trigonométriques exactesLorsque apparaît dans une expression, on peut le remplacer par , où est le nombre d'or. 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.

+Expression des lignes trigonométriques pour les premiers multiples de 3° Angle sinus cosinus tangente cotangente 3°(polygone régulier à 60 côtés) 6°(polygone régulier à 30 côtés) 9°(polygone régulier à 20 côtés) 12°(polygone régulier à 15 côtés) 15°(dodécagone régulier) 18°(décagone régulier) 21° 24° 27° 30°(hexagone régulier) 33° 36°(pentagone régulier) 39° 42° 45°(carré)

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 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. Ce n'est pas utile pratiquement, car pour calculer une racine cubique d'un nombre complexe, il faut calculer le cosinus d'un angle.

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

Construction Lignes élémentaires vignette|upright=1.7|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 , pour 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

La dérivation des valeurs particulières de sinus, cosinus et tangente est basée sur la constructibilité de certains polygones réguliers. Un -gone régulier se décompose en 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 , et .

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

Addition et différence d'angles 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 Les formules d'angle moitié permettent d'en déduire une infinité de constantes supplémentaires. Par exemple, à partir de , on trouve : , où le numérateur comporte signes imbriqués.

Simplification des expressions

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

(avec et rationnels, et ), il suffit que le réel

soit rationnel. Exemples . .

Notes et références

Voir aussi

Articles connexes Polynôme minimal des valeurs spéciales trigonométriques Théorème de Niven

Liens externes et les articles liés dans son § «  » Regular Polygon, sur mathforum.org Naming Polygons and Polyhedra, sur mathforum.org Une suite de vidéos sur la trigonométrie. La 17e vidéo montre comment obtenir la valeur exacte de sin(3°), de cos(3°) et d'autres angles multiples de 3°. Une suite de vidéos sur la construction à la règle et au compas. La 4e vidéo montre qu'il n'est pas possible d'exprimer la valeur exacte de cos(20°) à l'aide des nombres rationnels, des quatre opérations et de l'extraction de la racine carrée.

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