Phasor

Dans le domaine de l'ingénierie, le terme phasateur joue un rôle important dans la compréhension de principes complexes. Cet article explique méticuleusement les principes de base de la signification des phasers, donne un aperçu des nombreuses applications des phasers et approfondit les phasers complexes dans l'ingénierie. Tu recevras également une introduction à l'analyse des phasers en ingénierie et tu découvriras l'art des transformations de phasers. À la fin de cette lecture, tu apprécieras le rôle essentiel des phasors dans les mathématiques de l'ingénierie et tu saisiras la complexité de ces opérateurs mathématiques fascinants. Plonge pour découvrir le monde des phasors dans l'ingénierie.

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    Les principes de base de la signification des phaseurs

    Dans le domaine de l'ingénierie, un concept fondamental que tu rencontreras souvent est le phasor. Plonge dans ce guide d'introduction pour acquérir une solide compréhension des principes élémentaires qui caractérisent les phasers.

    Définition du concept de phaseur

    Un phasateur est un

    nombre complexe qui représente une fonction sinusoïdale dont l'amplitude (A), la fréquence (ω) et la phase (θ) sont invariables dans le temps.

    Elle rationalise les manipulations mathématiques des signaux sinusoïdaux dans les circuits ou les systèmes quelconques. Étant donné une sinusoïde \( A\cos(wt+\theta) \), son phasage équivalent est \( A\angle\theta \).

    À titre d'illustration, considérons le signal sinusoïdal \(5cos(100πt + π/2)\). Le phasateur équivalent serait \(5\angle\frac{\pi}{2}\).

    Pourquoi utiliser les phasers ?
    • Ils permettent de calculer plus simplement les paramètres des circuits à courant alternatif.
    • Ils constituent un moyen efficace d'analyser une fonction oscillante.
    • Les diagrammes de phase facilitent la visualisation.

    Éléments essentiels de la signification du phasage en ingénierie

    L'efficacité d'un phasateur provient de sa composition unique. Il est essentiel de comprendre son fonctionnement pour l'utiliser efficacement. Voici ses principaux éléments :
    Amplitude \( A \) Amplitude de l'oscillation et définit l'ampleur du phasage.
    Fréquence \( \oméga \) Taux d'oscillation de la sinusoïde
    Phase \( \theta \) Angle initial de la fonction sinusoïdale à \( t = 0 \)

    Association du phasage aux mathématiques de l'ingénieur

    Les phases sont un aspect fondamental des mathématiques de l'ingénieur, en particulier lorsqu'il s'agit de fonctions sinusoïdales et de circuits de courant alternatif. Ils permettent d'analyser et de visualiser le comportement des signaux sinusoïdaux sans avoir recours au calcul à chaque fois.
    function calculatePhasorAmplitude(peakVoltage){ var amplitude = peakVoltage/Math.sqrt(2) ; return amplitude ; }
    En électrotechnique, le diagramme de phasage est une représentation visuelle du comportement d'un signal sinusoïdal.

    diagramme de phase est une représentation visuelle de grandeurs de circuit telles que les tensions et les courants qui sont sinusoïdaux dans le temps.

    Plutôt que de tracer ces quantités directement en fonction du temps, le diagramme de phase les montre en termes d'amplitude et de phase, représentées respectivement par la longueur et l'angle des vecteurs de phase.

    En tant que représentation complexe, les phasmes peuvent également utiliser la formule d'Euler. Toutes les sinusoïdes peuvent être exprimées comme une somme de sinus et de cosinus à l'aide de la formule d'Euler, ce qui fait des phasers un outil encore plus puissant dans le domaine de l'ingénierie électrique et au-delà.

    Comprendre l'analyse des phasers en ingénierie

    L'analyse des phases est une méthode convaincante qui permet d'analyser de manière simple et algébrique des systèmes linéaires invariants dans le temps. Généralement, ces systèmes peuvent être complexes et nécessiter de nombreux calculs, mais avec l'analyse de phasage, ce processus est simplifié.

    Introduction à l'analyse de phasage

    Pour comprendre l'analyse des phaseurs en ingénierie, il faut d'abord connaître l'essentiel des phaseurs. En génie électrique, les phasers deviennent des outils essentiels qui permettent de convertir les équations différentielles en équations algébriques simples. Cette méthode peut ensuite être utilisée pour étudier les comportements des circuits de courant alternatif (CA). Cependant, ne confonds pas les phasers avec les vecteurs. Même si les phasers sont généralement représentés graphiquement par des flèches pour une simplification visuelle, ils fonctionnent intrinsèquement différemment, surtout lorsqu'ils sont soumis à des opérations mathématiques. Les phaseurs, contrairement aux vecteurs, tournent dans le sens inverse des aiguilles d'une montre avec une fréquence angulaire égale à la fréquence de leurs fonctions sinusoïdales correspondantes. Laformule d'Euler est également intéressante. Elle offre la relation entre les fonctions exponentielles et trigonométriques, ouvrant ainsi la voie à l'expression des phasmes sous forme d'exponentielles complexes. La formule d'Euler, donnée par \[ e^{i\theta} = \cos(\theta) + i\sin(\theta) \], simplifie l'arithmétique des phases et permet une analyse mathématique puissante.

    Étapes clés de l'analyse des phases d'ingénierie

    L'analyse du phasage technique comprend plusieurs étapes. Les principales étapes sont les suivantes : La conversion du circuit dans le domaine temporel en phasor ou en domaine fréquentiel : Cette première étape consiste à échanger les éléments avec leurs équivalents en phase à l'aide des lois d'Ohm et de Kirchhoff. Résolution du diagramme de phase simplifié : Les circuits peuvent être analysés à l'aide des techniques de circuit habituelles comme l'analyse des nœuds, l'analyse des mailles ou le théorème de superposition. Les équations relèvent du domaine de l'algèbre plutôt que du calcul, ce qui simplifie la tâche. Transformer le circuit du domaine phasique en circuit du domaine temporel : Après avoir obtenu la solution dans le domaine des phaseurs, il est temps de la repasser dans le domaine temporel en transformant les phaseurs de tension/courant en fonctions dépendant du temps.

    Analyse des phases : Problèmes courants et solutions

    Il n'est pas toujours facile de s'engager dans l'analyse des phasers d'ingénierie. Certains problèmes courants se posent, mais heureusement, il y a aussi des solutions :Les nombres complexes : Manipuler des nombres complexes lors de la manipulation des phasers peut s'avérer difficile. Tu peux avoir du mal à les additionner, les soustraire ou les multiplier. La façon la plus efficace de résoudre ces problèmes est de pratiquer les opérations de base sur les nombres complexes pour se sentir à l'aise.Confusion entre les phasmes et les vecteurs : En raison de leur ressemblance graphique, tu peux confondre les phasmes et les vecteurs. Rappelle-toi toujours que les phasmes diffèrent des vecteurs principalement parce qu'il s'agit d'entités rotatives. Difficulté à convertir les domaines temporels et les domaines de phase : Un autre problème fréquent est d'avoir des difficultés à convertir des fonctions dans le domaine des phaseurs ou vice-versa. Travailler sur divers problèmes d'exercices tirés de manuels ou de ressources en ligne t'aidera à maîtriser les transformations de domaines.
    function convTimeToPhasorDomain(amplitude, frequency, phase) { var magnitude = amplitude / Math.sqrt(2) ; var phasor = magnitude * Math.exp(phase) ; return phasor ; }
    En conclusion, comme pour tout autre domaine d'étude, la compréhension et la pratique sont les clés d'une exécution efficace de l'analyse des phasors dans les problèmes d'ingénierie. Sois patient à chaque étape, entraîne-toi plusieurs fois à résoudre des problèmes et tu seras bientôt à l'aise pour naviguer dans le paysage de l'analyse des phasers en ingénierie.

    Découvrir les applications des phasers

    L'utilité des phasers se caractérise par une multitude d'applications dans divers domaines, de l'ingénierie et de la physique à l'informatique et même à la musique. Leur élégance ne réside pas seulement dans la simplification des fonctions, mais s'étend bien au-delà, ce qui en fait des outils indispensables dont les applications permettent de réaliser des percées dans tous les secteurs d'activité.

    Applications étendues du phasage en ingénierie

    Une multitude de domaines de l'ingénierie exploitent la puissance des phasers pour trouver de nombreuses solutions. Voici quelques applications marquantes :Génie électrique : Liés à l'essence des signaux variables dans le temps, les phasers sont depuis longtemps établis dans le **génie électrique**. Ils offrent aux ingénieurs un moyen efficace d'analyser des circuits complexes, en particulier dans l'analyse des circuits à courant alternatif (CA). Grâce aux phasers, les ingénieurs peuvent exprimer des signaux sinusoïdaux complexes sous une forme simplifiée et facilement calculable, ce qui facilite la compréhension des comportements et des caractéristiques des circuits. Par conséquent, la résolution des équations concernant les impédances, les tensions et les courants devient un exercice d'algèbre de base par opposition au calcul. Prenons un scénario dans lequel un ingénieur doit analyser un circuit à courant alternatif impliquant des résistances, des inductances et des condensateurs (respectivement \(R\), \(L\) et \(C\)). En utilisant les phasers, les calculs de réseau pour de tels circuits RC, RL ou RLC peuvent être facilement exécutés en transformant ces éléments en impédances équivalentes.
    function calculateImpedance(resistance, reactance){ var impedance = Math.sqrt(Math.pow(resistance, 2) + Math.pow(reactance, 2)) ; return impedance ; }
    Communication Engineering : En **ingénierie des communications**, les phaseurs s'avèrent essentiels à la modulation des signaux porteurs pour la transmission des informations. L'utilisation des phasers dans l'analyse et la synthèse des formes d'onde pour diverses techniques de modulation, telles que la modulation d'amplitude (AM) et la modulation de fréquence (FM), rationalise la conception des systèmes de communication. En outre, ils sont essentiels dans l'analyse des facettes de l'intégrité du signal telles que le bruit, les interférences et la distorsion, améliorant ainsi la fiabilité de la transmission et rendant l'analyse et la conception du système plus faciles et plus précises.

    Applications réelles des phasers dans différents domaines

    En dehors des disciplines d'ingénierie, l'utilité du phasage s'étend à de nombreux domaines où les fonctions sinusoïdales se manifestent. La physique : En **physique**, les phasers simplifient les calculs dans les scénarios de mécanique ondulatoire et de mouvement harmonique. Par exemple, en optique ondulatoire, le principe de superposition exige que l'on additionne plusieurs ondes, ce que les phasers permettent de faire avec élégance. Musique et ingénierie audio : Les formes d'ondes musicales sont essentiellement sinusoïdales. Les phasers jouent donc un rôle essentiel dans de nombreux aspects de la musique et de l'ingénierie audio, qu'il s'agisse du traitement du signal, de la synthèse sonore, de l'analyse des formes d'ondes musicales ou de la création d'effets audio numériques.Sciences médicales : En **science médicale**, l'interprétation des ondes cérébrales, des battements de cœur et de divers autres signaux biologiques nécessite souvent l'utilisation de phasers. Les phasers ont également trouvé des applications précieuses dans l'imagerie par scanner IRM, où ils aident à créer des images détaillées des structures internes du corps, contribuant ainsi de manière significative aux progrès du diagnostic médical.

    L'impact des applications de phasers sur l'ingénierie moderne

    Les répercussions de l'application des phasers se traduisent par des améliorations quantifiables de l'ingénierie moderne.Calculs simplifiés : La complexité indésirable est réduite de façon drastique, ce qui rend les calculs plus efficaces et plus précis. Le passage de méthodes calculatoires fastidieuses à des méthodes algébriques s'est avéré être un gain de temps et de précision.Accélération de l'innovation : À l'ère du numérique, l'utilisation des phasers dans les technologies de communication a favorisé des avancées significatives. Des technologies audio et d'imagerie numériques aux communications sans fil et au-delà, notre monde numérique tel que nous le connaissons aujourd'hui repose en grande partie sur les principes fondamentaux des phasers.
    Domaine Impact de l'application des phasers
    Ingénierie électrique Permet une analyse et une conception efficaces des circuits
    Ingénierie des communications Amélioration de la modulation des signaux, de la qualité et de la fiabilité de la transmission des données.
    Ingénierie musicale et audio Amélioration de la synthèse sonore et du traitement des signaux, permettant une production audio de meilleure qualité.
    Sciences médicales Facilitation des techniques de diagnostic et d'imagerie avancées
    Par essence, les phaseurs se sont révélés être un outil crucial permettant la compréhension détaillée et la manipulation de phénomènes complexes et variables dans le temps, propulsant les progrès de l'ingénierie dans divers domaines. En tant que tels, ils continuent à faire partie intégrante de l'enseignement de l'ingénierie, alimentant les innovations de l'avenir.

    Découvrir les transformations de phase

    Le concept de **transformations dehasor** est un pilier fondamental des mathématiques de l'ingénierie. Il implique une approche révolutionnaire pour combler le fossé entre les signaux électriques du monde réel qui varient dans le temps et les représentations de nombres complexes mathématiquement accessibles. Une bonne compréhension des transformations de phasers est essentielle pour maîtriser les techniques analytiques utilisées dans ce domaine d'étude.

    Décomposition des transformations de phase dans les mathématiques de l'ingénieur

    Les mathématiques de l'ingénieur traitent souvent de systèmes complexes, tels que ceux observés dans les réseaux électriques. Une partie cruciale de la compréhension de ces systèmes repose sur les **transformations de phase**. La transformation de phase est le processus de représentation d'une fonction sinusoïdale, typiquement un signal dans le domaine temporel, dans un format de nombre complexe. Cette représentation traduite, un vecteur tournant ou un phasor, préserve toutes les caractéristiques - amplitude, fréquence et phase - du signal d'origine. Tout d'abord, faisons la lumière sur les fonctions sinusoïdales. Les fonctions sinusoïdales comme le sinus et le cosinus dépendent fondamentalement du temps et expriment le comportement des formes d'onde. L'expression générale d'une fonction sinusoïdale est : \[ x(t) = A\cos(\omega t + \phi) \] où, \(A\) signifie l'amplitude de crête, \(\omega\) représente la fréquence angulaire, et \(\phi\) est le décalage de phase. Un phasateur, quant à lui, est un nombre complexe, exprimé sous la forme \(Ae^{j\phi}\), où \(A\) est la magnitude (amplitude) et \(\phi\) est l'angle de phase. La transformation d'une fonction sinusoïdale en son équivalent phasique est un concept essentiel dans l'étude de l'analyse des circuits à courant alternatif. Le processus de transformation phasique consiste donc à exprimer le signal sinusoïdal (généralement la tension/le courant dans un circuit) sous la forme d'un phasique. Celui-ci contient à la fois l'amplitude et la phase du signal sinusoïdal, mais les met dans un format que nous pouvons représenter sous la forme d'un nombre complexe.

    Une fois transformés dans le domaine des phasers, les effets de la capacité, de l'inductance et de la résistance dans un circuit CA peuvent être représentés simplement comme des impédances complexes. Cela permet d'utiliser des méthodes d'algèbre linéaire au lieu d'équations différentielles, ce qui simplifie considérablement l'analyse et la manipulation des équations du circuit.

    Techniques de transformation dans les mathématiques du phasage

    Du domaine temporel au domaine phasique et viceversa :La transformation de la représentation temporelle d'un signal dans le domaine phasique, et vice versa, implique généralement deux étapes principales :1. Du domaine temporel au domaine du phasage :Étant donné une fonction sinusoïdale comme \(v(t) = V_m\cos(\omega t + \phi)\) Pour la convertir en phasage, tu - Prends l'amplitude \(V_m\) - Conserve la phase \(\phi\) - L'exprime comme un phasage de nombres complexes \(V = V_m e^{j\phi}\)2. Du phasage au domaine temporel :Inversement, si tu as un phasage \(V = V_m e^{j\phi}\) Pour le reconvertir en un signal du domaine temporel : - Prends la magnitude \(|V| = V_m\) comme amplitude - Conserve la phase \(\angle V = \phi\) - Ecris la forme sinusoïdale \(v(t) = V_m\cos(\omega t + \phi)\)
    function transformTimeToPhasor(amplitude, phase) { var phasor = amplitude * Math.exp(j * phase) ; return phasor ; } function transformPhasorToTime(phasor, frequency) { var amplitude = Math.abs(phasor) ; var phase = Math.atan2(phasor.imag, phasor.real) ; var timeSignal = amplitude * Math.cos(frequency * t + phase) ; return timeSignal ; }
    La possibilité de basculer entre les domaines temporel et phasique devient inestimable lors de l'analyse de systèmes dynamiques tels que les circuits électriques.

    Comprendre l'impact des transformations de phase

    La technique de transformation en phase a un impact significatif sur la façon dont les ingénieurs analysent et conçoivent les systèmes. Elle simplifie l'analyse des circuits en convertissant les équations différentielles du domaine temporel en équations algébriques plus simples dans le domaine du phasage. Cela permet de manipuler plus facilement des modèles mathématiques complexes. Voici quelques-uns des impacts mémorables de la transformation phasique dans les mathématiques de l'ingénieur : - **Calculs simplifiés:** La conversion des calculs basés sur le calcul en leurs équivalents algébriques simplifie la complexité globale de la résolution de circuits et de systèmes complexes - **Modélisation du comportement dynamique:** Les techniques phasiques permettent de modéliser facilement le comportement dynamique des circuits et des systèmes en utilisant des nombres complexes pour manipuler des quantités sinusoïdales. Cela permet d'améliorer la capacité à concevoir et à manipuler des réseaux complexes - **Meilleure interprétation** : Les diagrammes de phase représentent visuellement les relations entre plusieurs quantités sinusoïdales. Ces interprétations graphiques claires permettent de mieux comprendre le comportement du système - **Applications très répandues :** Au-delà de l'ingénierie électrique, les transformations du phasor présentent également d'immenses avantages dans diverses disciplines, telles que le traitement des signaux, l'analyse des systèmes de contrôle et même la physique quantique. En résumé, la technique de transformation du phasor constitue un excellent outil dans l'arsenal analytique de tous ceux qui traitent de phénomènes variables dans le temps. Elle ne se contente pas de rationaliser tes calculs mathématiques ; elle fournit une feuille de route précieuse pour comprendre, analyser et concevoir des systèmes complexes.

    Explorer le monde des phases complexes

    Se plonger dans le monde des phasers complexes ouvre une toute nouvelle perspective aux mathématiques de l'ingénieur. L'approche des phases est une façon unique de manipuler les nombres complexes et de traiter les fonctions sinusoïdales. Non seulement elle simplifie les calculs, mais elle fournit également une interprétation graphique du comportement des circuits électriques, améliorant ainsi notre compréhension de la dynamique des systèmes.

    Définition des phases complexes en ingénierie

    Dans le langage des mathématiques de l'ingénieur, un phasateur est une représentation en nombres complexes d'une fonction sinusoïdale. Un phasateur complexe représente l'amplitude et la phase d'une sinusoïde, ce qui simplifie les manipulations mathématiques dans les systèmes oscillants, en particulier dans l'analyse des circuits électriques.

    Phasor complexe

    est défini comme un vecteur tournant dans un plan complexe, dont la magnitude équivaut à l'amplitude de la fonction sinusoïdale et dont l'angle, ou la phase, correspond à la phase de la fonction sinusoïdale. La formule fondamentale qui définit un phasateur complexe s'exprime comme suit : \[ V = V_me^{j\phi} \] où \(V_m\) est l'amplitude de crête, \(\phi\) est la phase de la fonction sinusoïdale, et \(j\) est l'unité imaginaire. En traduisant les phénomènes périodiques variables dans le temps en phasers, nous sommes en mesure de convertir des équations différentielles complexes dans le domaine temporel en équations algébriques simples dans le domaine des phasers. Celles-ci peuvent ensuite être traitées facilement à l'aide des règles de l'arithmétique complexe.

    Comprendre la forme du phasateur complexe

    Un phasage complexe, parfois appelé représentation du domaine de la fréquence, a deux formes pour sa dénotation. Il s'agit de la forme polaire et de la forme rectangulaire. Forme polaire : Sous sa forme polaire, un phasateur complexe est exprimé par \(V = V_me^{j\phi}\), où \(V_m\) est la magnitude (ou la longueur du phasateur), et \(\phi\) est la phase (ou l'angle que fait le phasateur avec l'axe des x positif). Forme rectangulaire : Sous sa forme rectangulaire, un phasateur complexe est représenté par \(V = V_m\cos\phi + jV_m\sin\phi\), où \(V_m\cos\phi\) est la partie réelle (coordonnée x) et \(jV_m\sin\phi\) est la partie imaginaire (coordonnée y). Pour passer de l'une à l'autre de ces deux formes, on peut utiliser des relations trigonométriques. La magnitude \(V_m\) est égale à \(\sqrt{(real\,part)^2 + (imaginary\,part)^2}\) et la phase \(\phi\) peut être trouvée par \(\arctan\left(\frac{imaginary\,part}{real\,part}\right)\).
    function polarToRectangular(magnitude, phase) { var realPart = magnitude * Math.cos(phase) ; var imaginaryPart = magnitude * Math.sin(phase) ; return [realPart, imaginaryPart] ; } function rectangularToPolar(realPart, imaginaryPart) { var magnitude = Math.hypot(realPart, imaginaryPart) ; var phase = Math.atan2(imaginaryPart, realPart) ; return [magnitude, phase] ; }
    La compréhension de ces méthodes de transformation entre les formes polaires et rectangulaires peut s'avérer très utile pour l'analyse des circuits et le traitement des signaux.

    Exemples réels de phasers en ingénierie

    Pour comprendre l'importance pratique des phases complexes, considérons un système électrique composé d'une source de tension et d'une connexion en série d'une résistance (R), d'une inductance (L) et d'un condensateur (C).

    La tension aux bornes de la résistance est en phase avec le courant qui traverse la résistance, tandis que la tension aux bornes de l'inducteur précède le courant de \(90^\circ\), et la tension aux bornes du condensateur retarde le courant de \(90^\circ\). Dans le domaine temporel, cela impliquerait de gérer plusieurs fonctions d'onde sinusoïdale avec différents décalages de phase - un calcul fastidieux en effet. Cependant, à l'aide des phasers, ces relations tension-courant peuvent être représentées graphiquement dans le plan complexe. La direction de chaque phase indique sa phase par rapport aux autres, tandis que sa longueur décrit l'amplitude (valeur maximale) de la fonction sinusoïdale qu'elle représente. De plus, lorsque l'on considère l'addition de tensions sinusoïdales dans ce circuit, on peut facilement additionner les phaseurs correspondants sous forme complexe, puis les reconvertir dans la représentation du domaine temporel, ce qui serait presque impossible avec des fonctions purement temporelles.

    Dans de nombreux autres domaines de l'ingénierie, tels que les télécommunications, les systèmes de contrôle et les systèmes d'alimentation, les phaseurs complexes jouent un rôle essentiel en facilitant de nombreuses tâches intimidantes. Dans l'ensemble, les avantages liés à la compréhension et à l'utilisation des phasers complexes sont vastes et multiples.

    Phasor - Points clés à retenir

    • Un phasateur est une représentation mathématique qui simplifie les calculs associés aux signaux sinusoïdaux. Il est particulièrement utile dans les circuits de courant alternatif (CA) et est représenté graphiquement par des flèches.
    • Laformule d'Euler établit une relation entre les fonctions exponentielles et trigonométriques et constitue un outil puissant pour l'arithmétique et l'analyse du phasage.
    • Le processus d'analyse des phasors en ingénierie consiste à convertir un circuit du domaine temporel dans le domaine des phasors, à résoudre le diagramme simplifié des phasors et à retransformer le circuit du domaine des phasors dans le domaine temporel.
    • Lestransformations de phasors comblent le fossé entre les signaux électriques réels variables dans le temps et les représentations de nombres complexes. Elles transforment une fonction sinusoïdale, généralement un signal du domaine temporel, en un format de nombres complexes.
    • Lesphasers complexes simplifient les calculs mathématiques et permettent de comprendre, d'analyser et de concevoir des systèmes complexes en mathématiques de l'ingénieur.
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    Questions fréquemment posées en Phasor
    Qu'est-ce qu'un phasor?
    Un phasor est une représentation vectorielle utilisée en ingénierie pour analyser les systèmes électriques alternatifs.
    Pourquoi les phasors sont-ils utilisés?
    Les phasors simplifient le calcul des phénomènes périodiques en transformant les équations différentielles en équations algébriques.
    Comment un phasor est-il représenté?
    Un phasor est représenté par une flèche dans un plan complexe, montrant l'amplitude et la phase d'un courant ou d'une tension.
    Quelle est la différence entre un phasor et une onde sinusoïdale?
    Un phasor est une représentation stationnaire dans le domaine complexe, alors qu'une onde sinusoïdale est une représentation temporelle oscillante.

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