BacPath
Soluții · Profil Real

Soluții BAC Mate-info 2020 · Iunie–Iulie

Varianta 06

Vrei să încerci subiectul mai întâi? ← Înapoi la subiect

SUBIECTUL I

  1. Avem
z=(1−i2)(1+i2)=12−(i2)2=1−i2⋅2.z=(1-i\sqrt2)(1+i\sqrt2)=1^2-(i\sqrt2)^2=1-i^2\cdot 2.

Cum i2=−1i^2=-1, rezultă

z=1−(−1)⋅2=3.z=1-(-1)\cdot 2=3.

Deci z=3∈Nz=3\in\mathbb N.

  1. Pentru f(x)=3x+af(x)=3x+a,
f(x)+f(1−x)=3x+a+3(1−x)+a=3+2a.f(x)+f(1-x)=3x+a+3(1-x)+a=3+2a.

Condiția f(x)+f(1−x)=7f(x)+f(1-x)=7, pentru orice x∈Rx\in\mathbb R, devine

3+2a=7⇒2a=4⇒a=2.3+2a=7 \Rightarrow 2a=4 \Rightarrow a=2.
  1. Notăm t=5xt=5^x, unde t>0t>0. Ecuația devine
t+1t=2.t+\frac1t=2.

Înmulțind cu tt, obținem

t2−2t+1=0⇒(t−1)2=0⇒t=1.t^2-2t+1=0 \Rightarrow (t-1)^2=0 \Rightarrow t=1.

Așadar 5x=1=505^x=1=5^0, deci

x=0.x=0.
  1. Submulțimea cu trei elemente trebuie să îl conțină pe 11. Alegem celelalte două elemente dintre cele patru elemente rămase, {2,3,4,5}\{2,3,4,5\}:
(42)=6.\binom42=6.

Numărul cerut este 66.

  1. Punctele O(0,0)O(0,0) și M(−4,4)M(-4,4) determină dreapta OMOM, cu panta
mOM=4−0−4−0=−1.m_{OM}=\frac{4-0}{-4-0}=-1.

Dreapta perpendiculară pe OMOM are panta md=1m_d=1. Ecuația dreptei prin M(−4,4)M(-4,4) este

y−4=1(x+4),y-4=1(x+4),

deci

d: y=x+8.d:\ y=x+8.
  1. Triunghiul ABCABC este dreptunghic în AA, deci, pentru unghiul BB,
sin⁡B=ACBC,cos⁡B=ABBC.\sin B=\frac{AC}{BC},\qquad \cos B=\frac{AB}{BC}.

Din sin⁡B=cos⁡B\sin B=\cos B rezultă

ACBC=ABBC.\frac{AC}{BC}=\frac{AB}{BC}.

Deoarece BC≠0BC\ne 0, obținem AC=ABAC=AB. Prin urmare, triunghiul ABCABC este isoscel.

SUBIECTUL al II-lea

  1. Se consideră
A(a)=(aa+1a+2a2+1a2+2a2+3124).A(a)= \begin{pmatrix} a & a+1 & a+2\\ a^2+1 & a^2+2 & a^2+3\\ 1 & 2 & 4 \end{pmatrix}.
  • a) Pentru a=0a=0,
A(0)=(012123124).A(0)= \begin{pmatrix} 0&1&2\\ 1&2&3\\ 1&2&4 \end{pmatrix}.

Calculăm determinantul:

det⁡A(0)=0⋅(2⋅4−3⋅2)−1⋅(1⋅4−3⋅1)+2⋅(1⋅2−2⋅1)=−1.\det A(0) =0\cdot(2\cdot4-3\cdot2)-1\cdot(1\cdot4-3\cdot1)+2\cdot(1\cdot2-2\cdot1) =-1.
  • b) Calculăm determinantul pentru a∈Ra\in\mathbb R. Facem operațiile pe coloane C2←C2−C1C_2\leftarrow C_2-C_1, C3←C3−C1C_3\leftarrow C_3-C_1, care nu schimbă determinantul:
det⁡A(a)=∣a12a2+112113∣.\det A(a)= \begin{vmatrix} a&1&2\\ a^2+1&1&2\\ 1&1&3 \end{vmatrix}.

Apoi C3←C3−2C2C_3\leftarrow C_3-2C_2:

det⁡A(a)=∣a10a2+110111∣=∣a1a2+11∣=a−(a2+1).\det A(a)= \begin{vmatrix} a&1&0\\ a^2+1&1&0\\ 1&1&1 \end{vmatrix} = \begin{vmatrix} a&1\\ a^2+1&1 \end{vmatrix} =a-(a^2+1).

Deci

det⁡A(a)=−a2+a−1=−(a2−a+1).\det A(a)=-a^2+a-1=-(a^2-a+1).

Dar

a2−a+1=(a−12)2+34>0,a^2-a+1=\left(a-\frac12\right)^2+\frac34>0,

pentru orice a∈Ra\in\mathbb R. Prin urmare det⁡A(a)≠0\det A(a)\ne0, deci A(a)A(a) este inversabilă pentru orice a∈Ra\in\mathbb R.

  • c) Pentru a∈Za\in\mathbb Z, matricea A(a)A(a) are elemente întregi. Dacă A(a)−1A(a)^{-1} are toate elementele întregi, atunci det⁡(A(a)−1)∈Z\det(A(a)^{-1})\in\mathbb Z. Dar
det⁡(A(a)−1)=1det⁡A(a).\det(A(a)^{-1})=\frac1{\det A(a)}.

Cum det⁡A(a)=−(a2−a+1)\det A(a)=-(a^2-a+1) este număr întreg, rezultă necesar det⁡A(a)=±1\det A(a)=\pm1. Deoarece det⁡A(a)<0\det A(a)<0, trebuie să avem

det⁡A(a)=−1.\det A(a)=-1.

Astfel

−(a2−a+1)=−1⇒a2−a=0⇒a(a−1)=0.-(a^2-a+1)=-1 \Rightarrow a^2-a=0 \Rightarrow a(a-1)=0.

Deci a∈{0,1}a\in\{0,1\}.

Reciproc, pentru a=0a=0 sau a=1a=1, avem det⁡A(a)=−1\det A(a)=-1, iar adjuncta matricei are elemente întregi, deci

A(a)−1=1det⁡A(a)adj⁡(A(a))A(a)^{-1}=\frac{1}{\det A(a)}\operatorname{adj}(A(a))

are toate elementele întregi. Răspunsul este

a∈{0,1}.a\in\{0,1\}.
  1. Pe A=[1,+∞)A=[1,+\infty) este definită legea
x∗y=12x3y3−x3−y3+93.x*y=\frac12\sqrt[3]{x^3y^3-x^3-y^3+9}.
  • a) Calculăm:
1∗2020=1213⋅20203−13−20203+93=1283=12⋅2=1.1*2020=\frac12\sqrt[3]{1^3\cdot2020^3-1^3-2020^3+9} =\frac12\sqrt[3]{8} =\frac12\cdot2=1.
  • b) Avem
x3y3−x3−y3+9=(x3−1)(y3−1)+8.x^3y^3-x^3-y^3+9=(x^3-1)(y^3-1)+8.

De aceea

x∗y=12(x3−1)(y3−1)+83.x*y=\frac12\sqrt[3]{(x^3-1)(y^3-1)+8}.

Cum 12u3=u83\frac12\sqrt[3]{u}=\sqrt[3]{\frac{u}{8}}, rezultă

x∗y=18((x3−1)(y3−1)+8)3=18(x3−1)(y3−1)+13.x*y=\sqrt[3]{\frac18\left((x^3-1)(y^3-1)+8\right)} =\sqrt[3]{\frac18(x^3-1)(y^3-1)+1}.
  • c) Condiția x∗x=xx*x=x, cu x∈[1,+∞)x\in[1,+\infty), devine, folosind formula de la punctul b),
18(x3−1)2+13=x.\sqrt[3]{\frac18(x^3-1)^2+1}=x.

Ridicăm la puterea a treia:

18(x3−1)2+1=x3.\frac18(x^3-1)^2+1=x^3.

Notăm t=x3−1t=x^3-1. Deoarece x≥1x\ge1, avem t≥0t\ge0. Ecuația devine

18t2+1=t+1⇒t2=8t⇒t(t−8)=0.\frac18t^2+1=t+1 \Rightarrow t^2=8t \Rightarrow t(t-8)=0.

Prin urmare t=0t=0 sau t=8t=8.

Dacă t=0t=0, atunci x3=1x^3=1, deci x=1x=1. Dacă t=8t=8, atunci x3=9x^3=9, deci x=93x=\sqrt[3]{9}. Soluțiile sunt

x∈{1,93}.x\in\left\{1,\sqrt[3]{9}\right\}.

SUBIECTUL al III-lea

  1. Se consideră
f:(2,+∞)→R,f(x)=1x−2+ln⁡x−1x.f:(2,+\infty)\to\mathbb R,\qquad f(x)=\frac1{x-2}+\ln\frac{x-1}{x}.
  • a) Pentru x>2x>2,
f′(x)=(1x−2)′+(ln⁡(x−1)−ln⁡x)′.f'(x)=\left(\frac1{x-2}\right)'+\left(\ln(x-1)-\ln x\right)'.

Deci

f′(x)=−1(x−2)2+1x−1−1x.f'(x)=-\frac1{(x-2)^2}+\frac1{x-1}-\frac1x.

Observăm că

1x−1−1x=1x(x−1).\frac1{x-1}-\frac1x=\frac1{x(x-1)}.

Prin urmare

f′(x)=−1(x−2)2+1x(x−1)=(x−2)2−x(x−1)x(x−1)(x−2)2.f'(x)=-\frac1{(x-2)^2}+\frac1{x(x-1)} = \frac{(x-2)^2-x(x-1)}{x(x-1)(x-2)^2}.

Numărătorul este

(x−2)2−x(x−1)=x2−4x+4−x2+x=−3x+4.(x-2)^2-x(x-1)=x^2-4x+4-x^2+x=-3x+4.

Așadar

f′(x)=−3x+4x(x−1)(x−2)2,x∈(2,+∞).f'(x)=\frac{-3x+4}{x(x-1)(x-2)^2},\qquad x\in(2,+\infty).
  • b) Asimptota orizontală spre +∞+\infty se obține din limita funcției:
lim⁡x→+∞1x−2=0,lim⁡x→+∞ln⁡x−1x=lim⁡x→+∞ln⁡(1−1x)=ln⁡1=0.\lim_{x\to+\infty}\frac1{x-2}=0, \qquad \lim_{x\to+\infty}\ln\frac{x-1}{x} = \lim_{x\to+\infty}\ln\left(1-\frac1x\right)=\ln1=0.

Deci

lim⁡x→+∞f(x)=0,\lim_{x\to+\infty}f(x)=0,

iar asimptota orizontală este

y=0.y=0.
  • c) Pentru x>2x>2, avem x(x−1)(x−2)2>0x(x-1)(x-2)^2>0 și −3x+4<0-3x+4<0, deci, din punctul a),
f′(x)<0.f'(x)<0.

Funcția ff este strict descrescătoare pe (2,+∞)(2,+\infty). Din punctul b), lim⁡x→+∞f(x)=0\lim_{x\to+\infty}f(x)=0. Dacă ar exista x0>2x_0>2 cu f(x0)≤0f(x_0)\le0, alegem x1>x0x_1>x_0. Atunci f(x1)<f(x0)≤0f(x_1)<f(x_0)\le0, iar pentru orice x>x1x>x_1 avem f(x)<f(x1)<0f(x)<f(x_1)<0, deci limita la +∞+\infty ar fi cel mult f(x1)<0f(x_1)<0, contradicție. Deci, pentru orice x>2x>2, rezultă f(x)>0f(x)>0.

Dar

f(x)=1x−2+ln⁡x−1x=1x−2−ln⁡xx−1.f(x)=\frac1{x-2}+\ln\frac{x-1}{x} = \frac1{x-2}-\ln\frac{x}{x-1}.

Din f(x)>0f(x)>0 obținem

1x−2>ln⁡xx−1,\frac1{x-2}>\ln\frac{x}{x-1},

pentru orice x∈(2,+∞)x\in(2,+\infty).

  1. Se consideră
f:(−1,+∞)→R,f(x)=xx3+1.f:(-1,+\infty)\to\mathbb R,\qquad f(x)=\frac{x}{\sqrt{x^3+1}}.
  • a) Deoarece
f2(x)=x2x3+1,f^2(x)=\frac{x^2}{x^3+1},

avem

(x3+1)f2(x)=x2.(x^3+1)f^2(x)=x^2.

Rezultă

∫01(x3+1)f2(x) dx=∫01x2 dx=x33∣01=13.\int_0^1 (x^3+1)f^2(x)\,dx=\int_0^1 x^2\,dx =\left.\frac{x^3}{3}\right|_0^1 =\frac13.
  • b) Folosind f2(x)=x2x3+1f^2(x)=\dfrac{x^2}{x^3+1}, obținem
∫01f2(x) dx=∫01x2x3+1 dx.\int_0^1 f^2(x)\,dx=\int_0^1\frac{x^2}{x^3+1}\,dx.

Cu substituția u=x3+1u=x^3+1, du=3x2 dxdu=3x^2\,dx, rezultă

∫01x2x3+1 dx=13∫121u du=13ln⁡u∣12=13ln⁡2.\int_0^1\frac{x^2}{x^3+1}\,dx =\frac13\int_1^2\frac1u\,du =\frac13\ln u\Big|_1^2 =\frac13\ln2.
  • c) Pentru n∈N∗n\in\mathbb N^*,
In=∫01f(xn) dx=∫01xnx3n+1 dx.I_n=\int_0^1 f(x^n)\,dx = \int_0^1 \frac{x^n}{\sqrt{x^{3n}+1}}\,dx.

Pentru x∈[0,1]x\in[0,1], avem

0≤xnx3n+1≤xn,0\le \frac{x^n}{\sqrt{x^{3n}+1}}\le x^n,

deoarece x3n+1≥1\sqrt{x^{3n}+1}\ge1. Prin integrare,

0≤In≤∫01xn dx=1n+1.0\le I_n\le \int_0^1 x^n\,dx=\frac1{n+1}.

Cum

lim⁡n→+∞1n+1=0,\lim_{n\to+\infty}\frac1{n+1}=0,

din teorema cleștelui rezultă

lim⁡n→+∞In=0.\lim_{n\to+\infty} I_n=0.

Autoevaluare pentru punctaj maxim

  • Toate cele 6 cerințe din SUBIECTUL I sunt rezolvate în ordine, cu calculele esențiale explicite.
  • Toate subpunctele de algebră din SUBIECTUL al II-lea sunt justificate: determinantul, inversabilitatea, condiția pentru inversă cu elemente întregi și ecuația pentru legea de compoziție.
  • Toate subpunctele de analiză din SUBIECTUL al III-lea sunt rezolvate riguros: derivata, asimptota, inegalitatea, integralele și limita șirului de integrale.
  • Domeniile și condițiile folosite la radicali, logaritmi, matrice inversabile și integrale au fost verificate.
  • Rezultatele finale au fost simplificate și recitite pentru concordanță cu subiectul.