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Mathématiques expertes (option) · Terminale

Forme algébrique et conjugué : cours de Terminale

Publié le 6 novembre 2026 · Mis à jour le 6 novembre 2026 · Signaler une erreur

L'essentiel

  • Tout nombre complexe s'écrit de façon unique z=a+ibz=a+ib avec aa et bb réels : a=Re(z)a=\text{Re}(z), b=Im(z)b=\text{Im}(z).
  • Le conjugué de z=a+ibz=a+ib est z‾=a−ib\overline{z}=a-ib : c'est le symétrique de zz par rapport à l'axe des réels.
  • zz‾=a2+b2z\overline{z}=a^2+b^2 est un réel positif : c'est la clé pour écrire un quotient sous forme algébrique.
  • Le conjugué respecte somme, produit, quotient et puissance ; zz est réel si et seulement si z‾=z\overline{z}=z, imaginaire pur si et seulement si z‾=−z\overline{z}=-z.
  • Pour résoudre une équation en zz et z‾\overline{z}, on pose z=x+iyz=x+iy et on identifie parties réelle et imaginaire.

Pourquoi étudier la forme algébrique et le conjugué

Dans ce chapitre de l'option Mathématiques expertes, tu travailles sur les nombres complexes. Deux outils servent presque partout ensuite : la forme algébrique, qui permet de calculer comme avec des expressions littérales, et le conjugué, qui permet de faire disparaître un nombre complexe d'un dénominateur et de caractériser les réels et les imaginaires purs.

Selon le programme, résoudre des équations polynomiales a longtemps occupé la place centrale en algèbre 1. Les nombres complexes répondent à ce besoin : donner un sens à des équations qui n'ont pas de solution réelle. La forme algébrique est le point de départ ; le programme demande ensuite de savoir convertir cette écriture en forme trigonométrique 1. Cette conversion se visualise graphiquement dans le plan 2. Elle sera l'objet des chapitres suivants, mais elle repose entièrement sur ce que tu maîtrises ici.

Dans cette page, tu vas :

  • écrire un nombre complexe sous forme algébrique et repérer ses parties réelle et imaginaire ;
  • effectuer sommes, produits, inverses et quotients ;
  • définir le conjugué et démontrer ses propriétés ;
  • utiliser le conjugué pour caractériser les réels, les imaginaires purs et résoudre des équations.

Tu connais déjà le nombre ii tel que i2=−1i^2=-1, et le fait que les règles de calcul habituelles (distributivité, identités remarquables) restent valables pour les complexes.

La forme algébrique d'un nombre complexe

Démonstration · Démonstration de l'unicité

Supposons a+ib=a′+ib′a+ib=a'+ib'. Alors i(b−b′)=a′−ai(b-b')=a'-a.

Si b≠b′b\neq b', on peut diviser par b−b′b-b' et on obtient i=a′−ab−b′i=\dfrac{a'-a}{b-b'}, qui est un nombre réel. Or i2=−1i^2=-1 est négatif, alors que le carré d'un réel est toujours positif ou nul. C'est impossible.

Donc b=b′b=b'. L'égalité devient alors 0=a′−a0=a'-a, soit a=a′a=a'.

Calculer avec les formes algébriques

Les calculs se font comme avec des expressions littérales en ii, en remplaçant chaque i2i^2 par −1-1. Voici les formules générales pour z=a+ibz=a+ib et z′=a′+ib′z'=a'+ib'.

Le cas délicat est celui du quotient : on ne sait pas, a priori, écrire 1a+ib\dfrac{1}{a+ib} sous la forme x+iyx+iy. Le conjugué, défini dans la section suivante, résout précisément ce problème.

Le conjugué d'un nombre complexe

Démonstration · Démonstration des propriétés de base
  1. z‾=a−ib\overline{z}=a-ib, donc z‾‾=a−i(−b)=a+ib=z\overline{\overline{z}}=a-i(-b)=a+ib=z.
  2. z+z‾=(a+ib)+(a−ib)=2az+\overline{z}=(a+ib)+(a-ib)=2a.
  3. z−z‾=(a+ib)−(a−ib)=2ibz-\overline{z}=(a+ib)-(a-ib)=2ib.
  4. zz‾=(a+ib)(a−ib)=a2−(ib)2=a2−i2b2=a2+b2z\overline{z}=(a+ib)(a-ib)=a^2-(ib)^2=a^2-i^2b^2=a^2+b^2. Comme a2⩾0a^2\geqslant0 et b2⩾0b^2\geqslant0, la somme est positive ou nulle ; elle est nulle seulement si a=b=0a=b=0.

Conjugué et opérations

Démonstration · Démonstration pour la somme et le produit

Posons z=a+ibz=a+ib et z′=a′+ib′z'=a'+ib'.

Somme. z+z′=(a+a′)+i(b+b′)z+z'=(a+a')+i(b+b'), donc z+z′‾=(a+a′)−i(b+b′)=(a−ib)+(a′−ib′)=z‾+z′‾\overline{z+z'}=(a+a')-i(b+b')=(a-ib)+(a'-ib')=\overline z+\overline{z'}.

Produit. zz′=(aa′−bb′)+i(ab′+a′b)zz'=(aa'-bb')+i(ab'+a'b), donc zz′‾=(aa′−bb′)−i(ab′+a′b)\overline{zz'}=(aa'-bb')-i(ab'+a'b). D'autre part, z‾ z′‾=(a−ib)(a′−ib′)=aa′−iab′−ia′b+i2bb′=(aa′−bb′)−i(ab′+a′b)\overline z\,\overline{z'}=(a-ib)(a'-ib')=aa'-iab'-ia'b+i^2bb'=(aa'-bb')-i(ab'+a'b). Les deux résultats coïncident.

Puissance. On en déduit zn‾=z‾ n\overline{z^n}=\overline z^{\,n} en appliquant la propriété du produit autant de fois que nécessaire.

Démonstration · Démonstration pour l'inverse et le quotient

Soit z≠0z\neq0. On a z×1z=1z\times\dfrac1z=1. En conjuguant les deux membres et en utilisant la propriété du produit, z‾×(1z)‾=1‾=1\overline z\times\overline{\left(\dfrac1z\right)}=\overline1=1. Comme z‾≠0\overline z\neq0 (car zz‾>0z\overline z>0 donc z‾\overline z ne peut pas être nul), on obtient (1z)‾=1z‾\overline{\left(\dfrac1z\right)}=\dfrac1{\overline z}.

Pour le quotient, on écrit zz′=z×1z′\dfrac z{z'}=z\times\dfrac1{z'} et on applique les deux résultats précédents.

Quotient et inverse sous forme algébrique

Caractériser réels et imaginaires purs avec le conjugué

Démonstration · Démonstration

Posons z=a+ibz=a+ib. On a z‾=z\overline z=z si et seulement si a−ib=a+iba-ib=a+ib, soit −ib=ib-ib=ib, soit 2ib=02ib=0, soit b=0b=0 : zz est réel.

De même, z‾=−z\overline z=-z si et seulement si a−ib=−a−iba-ib=-a-ib, soit 2a=02a=0, soit a=0a=0 : zz est imaginaire pur.

Résoudre des équations avec z et son conjugué

Erreurs fréquentes et bilan méthodologique

Exercices corrigés

Exercice 1 Quotient sous forme algébrique

★☆☆Environ 8 min

Écris le nombre z=3+2i1−iz=\dfrac{3+2i}{1-i} sous forme algébrique, puis donne sa partie imaginaire.

Indice 1

Multiplie le numérateur et le dénominateur par le conjugué de 1−i1-i.

Indice 2

Au dénominateur, utilise (a+ib)(a−ib)=a2+b2(a+ib)(a-ib)=a^2+b^2.

Voir la correction pas à pas
  1. Le conjugué du dénominateur 1−i1-i est 1+i1+i. On multiplie le haut et le bas par 1+i1+i : z=(3+2i)(1+i)(1−i)(1+i)z=\dfrac{(3+2i)(1+i)}{(1-i)(1+i)}.

  2. Dénominateur : (1−i)(1+i)=12+12=2(1-i)(1+i)=1^2+1^2=2.

  3. Numérateur : (3+2i)(1+i)=3+3i+2i+2i2=3+5i−2=1+5i(3+2i)(1+i)=3+3i+2i+2i^2=3+5i-2=1+5i.

  4. On obtient z=1+5i2=12+52iz=\dfrac{1+5i}{2}=\dfrac12+\dfrac52i.

  5. La partie imaginaire est le réel 52=2,5\dfrac52=2{,}5.

La partie imaginaire de zz est 2,52{,}5 ; on écrit z=12+52iz=\dfrac12+\dfrac52 i.

Exercice 2 Équation avec z et son conjugué

★★☆Environ 10 min

Résous dans C\mathbb{C} l'équation z+2z‾=6−3iz+2\overline z=6-3i. On note z=a+ibz=a+ib la solution. Donne a×ba\times b.

Indice 1

Pose z=a+ibz=a+ib et écris z‾=a−ib\overline z=a-ib.

Indice 2

Une égalité entre complexes donne une égalité des parties réelles et une égalité des parties imaginaires.

Voir la correction pas à pas
  1. On pose z=a+ibz=a+ib avec a,ba,b réels, donc z‾=a−ib\overline z=a-ib.

  2. On calcule z+2z‾=a+ib+2a−2ib=3a−ibz+2\overline z=a+ib+2a-2ib=3a-ib.

  3. L'équation devient 3a−ib=6−3i3a-ib=6-3i.

  4. Par unicité de la forme algébrique : 3a=63a=6 donc a=2a=2, et −b=−3-b=-3 donc b=3b=3.

  5. La solution est z=2+3iz=2+3i ; le produit demandé vaut a×b=2×3=6a\times b=2\times3=6.

  6. Vérification : 2+3i+2(2−3i)=6−3i2+3i+2(2-3i)=6-3i, ce qui est bien le second membre.

La seule solution est z=2+3iz=2+3i, et a×b=6a\times b=6.

Exercice 3 Une puissance et un conjugué

★★☆Environ 10 min

Soit z=2−iz=2-i. Calcule z3z^3 sous forme algébrique et donne la partie imaginaire de z3z^3. Vérifie ensuite que z3‾=(z‾)3\overline{z^3}=(\overline z)^3.

Indice 1

Calcule d'abord z2z^2 avec l'identité remarquable, puis multiplie par zz.

Indice 2

Pour la vérification, calcule (2+i)3(2+i)^3 de la même manière.

Voir la correction pas à pas
  1. z2=(2−i)2=4−4i+i2=3−4iz^2=(2-i)^2=4-4i+i^2=3-4i.

  2. z3=z2×z=(3−4i)(2−i)=6−3i−8i+4i2=6−11i−4=2−11iz^3=z^2\times z=(3-4i)(2-i)=6-3i-8i+4i^2=6-11i-4=2-11i.

  3. La partie imaginaire de z3z^3 est −11-11.

  4. Pour la vérification : z3‾=2+11i\overline{z^3}=2+11i.

  5. D'autre part z‾=2+i\overline z=2+i, (2+i)2=3+4i(2+i)^2=3+4i et (3+4i)(2+i)=6+3i+8i+4i2=2+11i(3+4i)(2+i)=6+3i+8i+4i^2=2+11i.

  6. Les deux résultats sont égaux : la propriété z3‾=(z‾)3\overline{z^3}=(\overline z)^3 est vérifiée sur cet exemple.

On a z3=2−11iz^3=2-11i, donc Im(z3)=−11\text{Im}(z^3)=-11, et la compatibilité du conjugué avec les puissances est confirmée.

Exercice 4 Un nombre est-il réel ?

★★★Environ 15 min

Soit zz un nombre complexe quelconque. On pose w=(z+i)(z‾−i)w=(z+i)(\overline z-i).

  1. Montre que w=zz‾+i(z‾−z)+1w=z\overline z+i(\overline z-z)+1.
  2. En déduire que ww est un nombre réel.
  3. Exprime ww en fonction de x=Re(z)x=\text{Re}(z) et y=Im(z)y=\text{Im}(z).
Indice 1

Développe le produit en gardant zz et z‾\overline z comme des lettres, sans repasser par la forme algébrique.

Indice 2

Pour montrer qu'un nombre est réel, montre qu'il est égal à son conjugué, ou utilise z‾−z=−2iy\overline z-z=-2iy.

Voir la correction pas à pas
  1. Développement : (z+i)(z‾−i)=zz‾−iz+iz‾−i2=zz‾+i(z‾−z)+1(z+i)(\overline z-i)=z\overline z-iz+i\overline z-i^2=z\overline z+i(\overline z-z)+1.

  2. On pose z=x+iyz=x+iy. Alors z‾−z=−2iy\overline z-z=-2iy, donc i(z‾−z)=i×(−2iy)=−2i2y=2yi(\overline z-z)=i\times(-2iy)=-2i^2y=2y.

  3. Par ailleurs zz‾=x2+y2z\overline z=x^2+y^2.

  4. Ainsi w=x2+y2+2y+1w=x^2+y^2+2y+1, qui est un réel : c'est une expression de xx et yy réels uniquement.

  5. On peut aussi le voir par conjugaison : w‾=(z‾−i)(z+i)=w\overline w=(\overline z-i)(z+i)=w, donc ww est réel.

  6. On peut même écrire w=x2+(y+1)2w=x^2+(y+1)^2, qui est positif ou nul.

Pour tout complexe zz, w=x2+y2+2y+1=x2+(y+1)2w=x^2+y^2+2y+1=x^2+(y+1)^2 est un réel positif ou nul.

Quiz

7 questions · correction immédiate · ton score reste sur ton appareil.

  1. Quel est le conjugué de z=3−5iz=3-5i ?

  2. Calcule (2+3i)(2−3i)(2+3i)(2-3i).

  3. Vrai ou faux : pour tout complexe zz, iz‾=i z‾\overline{iz}=i\,\overline z.

  4. Parmi ces nombres, lesquels sont réels pour tout complexe zz ?

    Plusieurs réponses possibles.

  5. Quelle est la forme algébrique de 11+i\dfrac1{1+i} ?

  6. Quelle est la partie imaginaire de 1+2i2−i\dfrac{1+2i}{2-i} ?

  7. Un complexe zz vérifie z‾=−z\overline z=-z. Que peut-on affirmer ?

Les questions qu'on se pose

À quoi sert le conjugué en pratique ?

Il sert à trois choses principales : écrire un quotient sous forme algébrique (le produit zz‾z\overline z est un réel), caractériser les réels et les imaginaires purs par z‾=z\overline z=z ou z‾=−z\overline z=-z, et résoudre des équations contenant à la fois zz et z‾\overline z. Il prépare aussi la notion de module, puis la conversion vers la forme trigonométrique prévue au programme 1.

Pourquoi la partie imaginaire de $3+5i$ est-elle $5$ et non $5i$ ?

Par définition, dans z=a+ibz=a+ib, on appelle partie imaginaire le réel bb qui multiplie ii. Cela permet d'identifier deux nombres complexes en comparant deux réels. Si on gardait 5i5i, on ne pourrait plus appliquer l'unicité de la forme algébrique de façon propre.

Comment savoir si je dois multiplier par le conjugué ?

Dès qu'un nombre complexe apparaît au dénominateur d'un quotient, multiplie le haut et le bas par le conjugué de ce dénominateur. Si le dénominateur est réel, tu divises simplement chaque partie du numérateur. Si c'est un produit ou une somme avec ii, le conjugué est ton outil.

Le conjugué du produit est-il le produit des conjugués ?

Oui : zz′‾=z‾ z′‾\overline{zz'}=\overline z\,\overline{z'}, et de même pour la somme, la puissance, l'inverse et le quotient. C'est très utile pour conjuguer une expression compliquée sans la développer. Seule précaution : le conjugué d'un facteur complexe change aussi, par exemple iz‾=−i z‾\overline{iz}=-i\,\overline z.

Un nombre peut-il être à la fois réel et imaginaire pur ?

Oui, mais un seul nombre : 00. Un réel a une partie imaginaire nulle, un imaginaire pur a une partie réelle nulle. Si les deux sont nulles, le nombre est 00. Pour tout autre complexe, au moins une des deux parties est non nulle.

Sources

  1. Mathématiques expertes - Programme complet (PDF), Ministère de l'Éducation nationale et de la Jeunesse. Consulté le 6 novembre 2026.
  2. Édubase - Nombres complexes, Éduscol. Consulté le 6 novembre 2026.
  3. Élément conjugué, Wikipédia. Consulté le 6 novembre 2026.

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