Le cercle trigonométrique relie toutes les notions angulaires de la trigonométrie : valeurs du sinus et du cosinus, angles de référence, signes selon le quadrant et mesure en radians. Plutôt que de mémoriser des dizaines de rapports de triangles, il permet de lire directement les coordonnées (cos θ, sin θ) de n’importe quel angle sur un cercle de rayon 1.

Fonctionnement du cercle trigonométrique

Tracez un cercle de rayon 1 centré à l’origine du plan. À partir de l’axe des x positif, parcourez un angle θ dans le sens antihoraire. Le point où cette demi-droite — le côté terminal de l’angle — coupe le cercle a pour coordonnées (cos θ, sin θ). Comme le rayon vaut 1, l’abscisse de ce point est cos θ et son ordonnée est sin θ. Cela étend directement aux angles de toute amplitude, y compris ceux supérieurs à 90° et les angles négatifs, les définitions du sinus et du cosinus dans un triangle rectangle (côté opposé/hypoténuse, côté adjacent/hypoténuse), qui ne suffisent pas à elles seules dans ces cas.

La tangente est directement égale à sin θ / cos θ, soit la pente de la demi-droite du côté terminal. Le cercle trigonométrique ayant un rayon de 1, il n’est pas nécessaire de diviser par l’hypoténuse : les coordonnées sont les valeurs trigonométriques.

Angles de référence et règle ASTC

Au lieu de mémoriser des valeurs exactes distinctes pour tous les angles du cercle, la trigonométrie utilise les angles de référence : chaque angle est ramené à un angle aigu (0°–90°) du quadrant I, et le signe dépend du quadrant de l’angle initial. Le moyen mnémotechnique anglais classique est All-Sine-Tangent-Cosine (« All Students Take Calculus ») : dans le quadrant I, les trois fonctions sont positives ; dans le II, seul le sinus est positif ; dans le III, seule la tangente est positive ; dans le IV, seul le cosinus est positif.

Ainsi, 210° (quadrant III) a le même angle de référence que 30°. Son cosinus et son sinus sont tous deux négatifs, car seule la tangente est positive dans le quadrant III : cos(210°) = −cos(30°) et sin(210°) = −sin(30°).

Les 16 angles usuels et leurs valeurs exactes

Chaque multiple de 30° ou de 45° sur le cercle — 16 angles au total, y compris les quatre angles des axes 0°/90°/180°/270° — possède des valeurs symboliques exactes (cos, sin), dérivées de deux triangles rectangles remarquables : le triangle 30-60-90 (qui donne 1/2 et √3/2) et le triangle 45-45-90 (qui donne √2/2 pour les deux coordonnées). Les autres angles ne possèdent pas de forme symbolique simple et sont présentés sous forme d’approximations décimales. L’onglet Valeurs exactes distingue clairement ces cas au lieu d’afficher une fraction arrondie trompeuse.

Limites et points de vigilance

La tangente n’est pas définie à 90° et 270° ni à aucun angle qui leur est coterminal, car le cosinus y vaut 0 et le calcul exigerait une division par zéro. Le calculateur affiche « non définie » plutôt qu’une erreur ou une décimale infinie. Les arrondis en virgule flottante peuvent aussi faire qu’une valeur en radians convertie depuis un angle exact en degrés (comme π/2) donne un cosinus extrêmement proche de zéro, mais non nul. La recherche de valeur exacte évite ce problème en comparant les valeurs symboliques réelles plutôt que le résultat brut en virgule flottante.