Découplage d'une équation de trigo

Bonjour à tous
Je suis nouveau sur ce forum donc n'hésitez pas à m'indiquer les règles de bonne conduite qu'il faut suivre :)
J'aurais besoin d'un coup de main mathématique pour découpler une équation du type.
a*cos(alpha-beta) + b*sin(alpha-beta) = c,
où a,b et c appartiennent aux réels

Pour information, cette équation fait partie d'une autre plus grosse qui régit la loi d'entrée/sortie d'un système à 4 barres et j'aimerais à la fin obtenir une équation de la forme f(alpha)=beta.
Je peux envoyer un schéma du système et l'équation complète sur simple demande si cela est nécessaire.
D'avance merci à tout ceux qui me permettront d'avancer dans cette quête !
tcoq.

Réponses

  • Bonjour,

    On part de $\displaystyle a \cos(\alpha-\beta) + b \sin(\alpha-\beta) =c$ avec des réels.

    On suppose que $a,b$ ne sont pas tous les deux nuls, on écrit alors :
    $\displaystyle {a \over \sqrt{a^2+b^2}} \cos(\alpha-\beta) + {b \over \sqrt{a^2+b^2}} \sin(\alpha-\beta) ={c \over \sqrt{a^2+b^2}} $
    et on pose : $\displaystyle \cos \gamma = {a \over \sqrt{a^2+b^2}} $ et $\displaystyle \sin \gamma = {b \over \sqrt{a^2+b^2}} $ qui définissent $\displaystyle \gamma \in ]-\pi, \pi].$

    On a donc $\displaystyle \cos \gamma \cos(\alpha-\beta) + \sin \gamma \sin(\alpha-\beta) = \cos(\alpha-\beta - \gamma) = {c \over \sqrt{a^2+b^2}} $, ou on a utilisé l'identité $\displaystyle \cos(u-v) = \cos u \cos v + \sin u \sin v.$

    On a donc : $\displaystyle \cos(\alpha-\beta - \gamma) = {c \over \sqrt{a^2+b^2}} .$

    Si le membre de droite n'est pas dans $\displaystyle [-1,1]$, il n'y a pas de solution. Sinon, on inverse pour trouver $\displaystyle \alpha-\beta.$
  • Bonjour.

    Je ne sais pas ce que tu appelles "découpler".
    Par contre, je connais des méthodes pour résoudre cette équation trigonométrique ultra-classique. Ce qui donne mieux que ce que tu demandes, une égalité de la forme alpha = bêta + Cte, avec l'inconvénient classique en trigo que s'il y a une solution, il y en a en fait une infinité.

    Donc en posant alpha-bêta = x, tu as à résoudre a sin(x)+b cos(x) = c
    On considère les complexes $A = b-ia = \rho e^{i\theta}$ et $B = \cos(x)+ i\sin(x) =e^{ix}$ où $\rho$ est le module de $A$ et $\theta$ est un de ses arguments (tu sais comment les calculer).
    On remarque que $ a\sin(x)+b\cos(x)$ est la partie imaginaire de $A\times B$. Or
    $A\times B = \rho e^{i\theta} e^{ix} = \rho e^{i(\theta+x} = \rho \cos(\theta+x)+i \rho \sin(\theta+x)$
    On a donc $a\sin(x)+b\cos(x) = \rho \sin(\theta+x)$
    Et l'équation à résoudre devient $ \rho \sin(\theta+x) = c$. Qu'on réécrit
    $$\sin(\theta+x) = \frac c{\rho}$$
    Si $\frac c{\rho}<-1$ ou $\frac c{\rho}>1$ il n'y a pas de solution.
    Si $-1\le \frac c{\rho}\le 1$ alors il existe un réel $t\in [-\frac{\pi}2,\frac{\pi}2] $ tel que $\frac c{\rho}=\sin(t)$ ($t$ est l'arc sinus de $\frac c{\rho}$); on a donc
    $\sin(x+\theta) = \sin(t)$, d'où les deux séries de solutions :
    $x+\theta = t+k.2\pi$ ou $x+\theta = \pi-t+k.2\pi$

    Je te laisse adapter à ta situation particulière ...

    Cordialement.

    NB : C'est du classique de fin de lycée, ou de première année d'IUT industriel.
  • Bonjour à tous,
    YvesM, il y a une petite erreur de signe (sans doute par inattention) : l'identité correcte est cos(u - v) = cos(u).cos(v) + sin(u).sin(v) ...
    Mais comme tu as fait cette correction implicitement dans la ligne précédente et dans ta dernière égalité ...
    Bien cordialement
    JLB
    Edit : je vois que tu avais réagi pendant que j'écrivais mon message ;-) !
  • Merci à tous les 3 pour vos interventions. C'est très formateur et me rappelle à quel point les mathématiques doivent être rigoureuses.
    J'ai pris en compte les deux techniques, étudié la théorie et dans le cas de Yves, je n'ai plus qu'à faire mon application numérique, en revanche dans le cas de Gérard, je me retrouve face à un petit doute étant donné que le développement du produit AxB m'amène au résultat suivant :
    AxB = a*sin(x) + b*cos(x) + i*(b*sin(x)-a*cos(x)), soit selon ce raisonnement c'est la partie réelle qui nous intéresse. Et la suite comme précédemment.
    Quelqu'un peut-il confirmer mes dires ou me corriger ?

    Autre chose : où se trouve l'éditeur d'équation sur le forum ? Il est quand même plus agréable de vous lire que de me lire moi-même !

    tcoq
  • Alors,

    Je me rends compte que j'ai omis bon nombre de termes qui n'auraient pas dû l'être. Et donc vos solutions ne s'appliquent plus aussi facilement.
    Si on définit A, B, C, D, E, F, G des constantes appartement aux Réels, liées à des dimensions caractéristiques de mon système, mon équation totale s'écrit comme suit :
    A + B*cos(alpha) + C*sin(alpha) + D*cos(beta) + E*sin(beta) + F*cos(alpha-beta) + G*sin(alpha-beta) = 0

    Pour Gérard, par "découpler" j'entends obtenir une fonction qui dépend uniquement de alpha et me donne beta, soit f(alpha) = beta, c'est sans doute une lacune de vocabulaire de ma part.

    Cordialement
    tcoq
  • Bonjour,

    Essaie d’utiliser les mêmes principes.

    On transforme les sinus et cosinus en cosinus de l’angle plus une constante.

    On le fait pour alpha, beta et alpha moins beta.

    Puis on transforme le cosinus de alpha plus constante et le cosinus de bêta plus constante en cosinus de alpha moins bêta plus constante.

    Et on termine…

    Tu peux aussi faire une dichotomie. Ne pas s’emmerder à des calculs inutiles est une preuve d’intelligence.
  • Attention : A=b-ia. Avec un signe -.

    Pour les équations, utiliser le code LaTeX entre deux $\$$. Lis mon message" avec "citer" et tu verras ce que j'avais écrit.

    Cordialement.
  • Bonjour YvesM et Gérard,

    Je reviens vers vous suite à vos réponses.

    YvesM :
    Etant donnée que la fonction que j'attends à la fin doit être de la forme f(alpha)=beta, je ne comprends pas pourquoi il est nécessaire d'appliquer votre méthode à alpha, beta et alpha - beta. En soit, mon équation s'écrit déjà :
    A + B*cos(alpha) + C*sin(alpha) = - D*cos(beta) - E*sin(beta) - F*cos(alpha-beta) - G*sin(alpha-beta)
    Soit f(alpha)=g(alpha;beta)
    Je veux juste que tous les alphas soient du même côté.
    De plus, avec cette configuration, bien loin de mon premier exemple (a*cos(alpha-beta) + b*sin(alpha-beta) = c), je ne vois pas comment trouver un/des angle(s) gamma comme dans votre démonstration.

    Gerard0 :
    J'ai beau poser et reposer votre équation, avec A = b - i*a, je trouve toujours que ce qui nous intéresse est la partie réelle. Ou bien mes souvenirs des nombres complexes se sont estompés bien plus que prévu. Voici mes calculs (beaucoup trop développés) :
    A * B = (b - i*a)*(cosx + i*sinx) = b*cosx + i*b*sinx - i*a*cosx -i²a*sinx = [b*cosx + a*sinx] + i*[b*sinx - a*cosx]
    De la même manière que pour YvesM, je ne vois pas comment appliquer cette méthode à mon équation.

    Merci par avance,
    Bien cordialement,
    tcoq.
  • Oui, tu as raison, c'est la partie réelle; j'ai mélangé deux méthodes ! Et le sinus devient un cosinus, ce qui donne encore une équation élémentaire.
    Mon x étant ton $\alpha-\beta$, tu obtiens $\alpha-\beta = a_i$ où $a_i$ est une des nombreuses solutions (qui ne dépend pas de x), donc $\alpha$ en fonction de $\beta$. Reste à voir parmi ces solutions lesquelles conviennent à ton problème (qu'on ne connaît pas).

    Désolé !
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