BacPath
Soluții · Profil Real

Soluții BAC Mate-info 2020 · Sesiunea specială

Varianta 01

Vrei să încerci subiectul mai întâi? ← Înapoi la subiect

SUBIECTUL I

  1. Avem
a=3+22+13+22.a=3+2\sqrt2+\frac{1}{3+2\sqrt2}.

Raționalizăm:

13+22=3−229−8=3−22.\frac{1}{3+2\sqrt2}=\frac{3-2\sqrt2}{9-8}=3-2\sqrt2.

Prin urmare

a=3+22+3−22=6∈N.a=3+2\sqrt2+3-2\sqrt2=6\in\mathbb N.
  1. Pentru f(x)=2x+1f(x)=2x+1, obținem
f(1)=3,(f∘f)(1)=f(3)=7.f(1)=3,\qquad (f\circ f)(1)=f(3)=7.

De asemenea,

f(2)+2=(2⋅2+1)+2=5+2=7.f(2)+2=(2\cdot2+1)+2=5+2=7.

Deci (f∘f)(1)=f(2)+2(f\circ f)(1)=f(2)+2.

  1. Ecuația este
9x=3⋅3x.9^x=3\cdot 3^x.

Scriem 9x=(32)x=32x9^x=(3^2)^x=3^{2x} și 3⋅3x=3x+13\cdot3^x=3^{x+1}. Rezultă

32x=3x+1⇒2x=x+1⇒x=1.3^{2x}=3^{x+1}\Rightarrow 2x=x+1\Rightarrow x=1.

Soluția este x=1\boxed{x=1}.

  1. Numărul submulțimilor cu două elemente ale mulțimii {1,2,…,n}\{1,2,\ldots,n\} este
(n2)=n(n−1)2.\binom n2=\frac{n(n-1)}2.

Condiția devine

n(n−1)2=10⇒n(n−1)=20⇒n2−n−20=0.\frac{n(n-1)}2=10\Rightarrow n(n-1)=20\Rightarrow n^2-n-20=0.

Factorizăm:

(n−5)(n+4)=0.(n-5)(n+4)=0.

Cum nn este natural nenul, rezultă n=5\boxed{n=5}.

  1. Din AM=ANAM=AN, folosind formula distanței, avem
(a−1)2+(3−0)2=(a−7)2+(3−0)2.(a-1)^2+(3-0)^2=(a-7)^2+(3-0)^2.

Deci

(a−1)2=(a−7)2.(a-1)^2=(a-7)^2.

Rezultă

a−1=−(a−7)⇒2a=8⇒a=4,a-1=-(a-7)\Rightarrow 2a=8\Rightarrow a=4,

deoarece egalitatea a−1=a−7a-1=a-7 este imposibilă. Atunci A(4,3)A(4,3), iar

AO=42+32=25=5.AO=\sqrt{4^2+3^2}=\sqrt{25}=5.
  1. Notăm c=cos⁡xc=\cos x. Deoarece x∈(0,π2)x\in\left(0,\frac\pi2\right), avem c>0c>0. Din
3cos⁡x−2=2cos⁡2x3\cos x-2=2\cos 2x

și cos⁡2x=2cos⁡2x−1\cos 2x=2\cos^2x-1, rezultă

3c−2=2(2c2−1)=4c2−2.3c-2=2(2c^2-1)=4c^2-2.

Prin urmare

3c=4c2⇒c(4c−3)=0.3c=4c^2\Rightarrow c(4c-3)=0.

Cum c>0c>0, obținem

cos⁡x=34.\boxed{\cos x=\frac34}.

SUBIECTUL al II-lea

  1. Se consideră
A(a)=(12−aaa11a2a−5a−2).A(a)= \begin{pmatrix} 1&2-a&a\\ a&1&1\\ a&2a-5&a-2 \end{pmatrix}.
  • a) Pentru a=0a=0,
A(0)=(1200110−5−2).A(0)= \begin{pmatrix} 1&2&0\\ 0&1&1\\ 0&-5&-2 \end{pmatrix}.

Dezvoltând după prima coloană,

det⁡A(0)=1⋅∣11−5−2∣=1⋅(−2+5)=3.\det A(0)=1\cdot \begin{vmatrix} 1&1\\ -5&-2 \end{vmatrix} =1\cdot(-2+5)=3.
  • b) Calculăm determinantul:
det⁡A(a)=∣12−aaa11a2a−5a−2∣=(3−a)−(2−a) a(a−3)+a⋅2a(a−3)=3−a+a(a−3)(a−2)+2a2(a−3)=(a−3)(3a2−2a−1)=(a−3)(a−1)(3a+1).\begin{aligned} \det A(a) &= \begin{vmatrix} 1&2-a&a\\ a&1&1\\ a&2a-5&a-2 \end{vmatrix}\\ &=(3-a)-(2-a)\,a(a-3)+a\cdot 2a(a-3)\\ &=3-a+a(a-3)(a-2)+2a^2(a-3)\\ &=(a-3)(3a^2-2a-1)\\ &=(a-3)(a-1)(3a+1). \end{aligned}

Deci

det⁡A(a)=(a−1)(a−3)(3a+1),∀a∈R.\boxed{\det A(a)=(a-1)(a-3)(3a+1)},\quad \forall a\in\mathbb R.
  • c) Sistemul are soluție unică dacă și numai dacă
det⁡A(a)≠0.\det A(a)\ne0.

Pentru a∈Na\in\mathbb N, trebuie deci a≠1a\ne1 și a≠3a\ne3.

Din ecuațiile sistemului:

{x+(2−a)y+az=1ax+y+z=2−aax+(2a−5)y+(a−2)z=−4\begin{cases} x+(2-a)y+az=1\\ ax+y+z=2-a\\ ax+(2a-5)y+(a-2)z=-4 \end{cases}

scădem a doua ecuație din a treia:

(a−3)(2y+z)=a−6.(a-3)(2y+z)=a-6.

Cum a≠3a\ne3,

2y+z=a−6a−3.(1)2y+z=\frac{a-6}{a-3}. \tag{1}

Scădem din a doua ecuație prima ecuație înmulțită cu aa:

(a−1)((a−1)y−(a+1)z)=−2(a−1).(a-1)\bigl((a-1)y-(a+1)z\bigr)=-2(a-1).

Cum a≠1a\ne1,

(a−1)y−(a+1)z=−2.(2)(a-1)y-(a+1)z=-2. \tag{2}

Rezolvând sistemul format din (1) și (2), obținem

y=a(a−7)(a−3)(3a+1),z=a2−3a−6(a−3)(3a+1).y=\frac{a(a-7)}{(a-3)(3a+1)},\qquad z=\frac{a^2-3a-6}{(a-3)(3a+1)}.

Pentru a=0a=0, sistemul devine

{x+2y=1y+z=2−5y−2z=−4\begin{cases} x+2y=1\\ y+z=2\\ -5y-2z=-4 \end{cases}

și are soluția

(x0,y0,z0)=(1,0,2),(x_0,y_0,z_0)=(1,0,2),

formată din numere naturale. Valoarea a=0a=0 este admisă, deoarece enunțul cere a∈Na\in\mathbb N, nu a∈N∗a\in\mathbb N^*.

Rămâne să excludem celelalte valori naturale admise:

  • pentru a=2a=2, y=107y=\frac{10}{7}, deci y∉Ny\notin\mathbb N;
  • pentru a=4,5,6a=4,5,6, avem y<0y<0;
  • pentru a=7a=7, z=14z=\frac14, deci z∉Nz\notin\mathbb N;
  • pentru a≥8a\ge8,
0<a(a−7)(a−3)(3a+1)<1,0<\frac{a(a-7)}{(a-3)(3a+1)}<1,

deoarece

(a−3)(3a+1)−a(a−7)=2a2−a−3>0.(a-3)(3a+1)-a(a-7)=2a^2-a-3>0.

Deci y∉Ny\notin\mathbb N.

Prin urmare, singura valoare este

a=0.\boxed{a=0}.
  1. Legea de compoziție este
x∗y=log⁡2(2x+2y),x,y∈R.x*y=\log_2(2^x+2^y),\qquad x,y\in\mathbb R.
  • a) Calculăm:
0∗0=log⁡2(20+20)=log⁡2(1+1)=log⁡22=1.0*0=\log_2(2^0+2^0)=\log_2(1+1)=\log_2 2=1.
  • b) Pentru orice x,y∈Rx,y\in\mathbb R,
x∗y=log⁡2(2x+2y)=log⁡2(2y+2x)=y∗x.x*y=\log_2(2^x+2^y)=\log_2(2^y+2^x)=y*x.

Deci legea este comutativă.

  • c) Mai întâi,
x∗x=log⁡2(2x+2x)=log⁡2(2⋅2x)=log⁡2(2x+1)=x+1.x*x=\log_2(2^x+2^x)=\log_2(2\cdot2^x)=\log_2(2^{x+1})=x+1.

Atunci

(x∗x)∗x=(x+1)∗x=log⁡2(2x+1+2x)=log⁡2(3⋅2x)=x+log⁡23.(x*x)*x=(x+1)*x=\log_2(2^{x+1}+2^x) =\log_2(3\cdot2^x)=x+\log_2 3.

Condiția devine

x+log⁡23=3+log⁡23,x+\log_2 3=3+\log_2 3,

de unde

x=3.\boxed{x=3}.

SUBIECTUL al III-lea

  1. Se consideră funcția
f(x)=x4−x2+1.f(x)=\sqrt{x^4-x^2+1}.
  • a) Observăm că
x4−x2+1=(x2−12)2+34>0,x^4-x^2+1=\left(x^2-\frac12\right)^2+\frac34>0,

deci funcția este derivabilă pe R\mathbb R. Avem

f′(x)=(x4−x2+1)′2x4−x2+1=4x3−2x2x4−x2+1=x(2x2−1)x4−x2+1,\begin{aligned} f'(x) &=\frac{(x^4-x^2+1)'}{2\sqrt{x^4-x^2+1}}\\ &=\frac{4x^3-2x}{2\sqrt{x^4-x^2+1}}\\ &=\frac{x(2x^2-1)}{\sqrt{x^4-x^2+1}}, \end{aligned}

pentru orice x∈Rx\in\mathbb R.

  • b) Pentru x0=1x_0=1,
f(1)=1−1+1=1f(1)=\sqrt{1-1+1}=1

și

f′(1)=1⋅(2−1)1−1+1=1.f'(1)=\frac{1\cdot(2-1)}{\sqrt{1-1+1}}=1.

Ecuația tangentei este

y−f(1)=f′(1)(x−1),y-f(1)=f'(1)(x-1),

adică

y−1=x−1⇒y=x.y-1=x-1\Rightarrow \boxed{y=x}.
  • c) Fie
m∈(32,1).m\in\left(\frac{\sqrt3}{2},1\right).

Ecuația f(x)=mf(x)=m devine

x4−x2+1=m.\sqrt{x^4-x^2+1}=m.

Cum m>0m>0, putem ridica la pătrat:

x4−x2+1=m2.x^4-x^2+1=m^2.

Notăm t=x2t=x^2, cu t≥0t\ge0. Obținem ecuația

t2−t+1−m2=0.t^2-t+1-m^2=0.

Discriminantul este

Δ=1−4(1−m2)=4m2−3.\Delta=1-4(1-m^2)=4m^2-3.

Pentru m>32m>\frac{\sqrt3}{2}, avem Δ>0\Delta>0. Notăm

δ=4m2−3.\delta=\sqrt{4m^2-3}.

Cum m<1m<1, rezultă 0<δ<10<\delta<1. Rădăcinile ecuației în tt sunt

t1=1−δ2,t2=1+δ2.t_1=\frac{1-\delta}{2},\qquad t_2=\frac{1+\delta}{2}.

Din 0<δ<10<\delta<1 rezultă

t1>0,t2>0,t1≠t2.t_1>0,\qquad t_2>0,\qquad t_1\ne t_2.

Fiecare dintre ecuațiile x2=t1x^2=t_1 și x2=t2x^2=t_2 are câte două soluții reale distincte. Prin urmare, ecuația f(x)=mf(x)=m are exact patru soluții reale.

  1. Se consideră
f(x)=xx2+2x+5.f(x)=\frac{x}{x^2+2x+5}.
  • a) Pe intervalul [1,2][1,2], x≠0x\ne0, deci
x⋅1f(x)=x⋅x2+2x+5x=x2+2x+5.x\cdot\frac1{f(x)} =x\cdot\frac{x^2+2x+5}{x} =x^2+2x+5.

Prin urmare

∫12x⋅1f(x) dx=∫12(x2+2x+5) dx=(x33+x2+5x)12=(83+4+10)−(13+1+5)=313.\begin{aligned} \int_1^2 x\cdot\frac1{f(x)}\,dx &=\int_1^2 (x^2+2x+5)\,dx\\ &=\left(\frac{x^3}{3}+x^2+5x\right)_1^2\\ &=\left(\frac83+4+10\right)-\left(\frac13+1+5\right)\\ &=\frac{31}{3}. \end{aligned}
  • b) În enunț, funcția este
g(x)=f(x)+1x2+2x+5.g(x)=f(x)+\frac{1}{x^2+2x+5}.

Atunci

g(x)=xx2+2x+5+1x2+2x+5=x+1x2+2x+5.g(x)=\frac{x}{x^2+2x+5}+\frac{1}{x^2+2x+5} =\frac{x+1}{x^2+2x+5}.

Cum

(x2+2x+5)′=2x+2=2(x+1),(x^2+2x+5)'=2x+2=2(x+1),

rezultă

∫01g(x) dx=∫01x+1x2+2x+5 dx=12[ln⁡(x2+2x+5)]01=12(ln⁡8−ln⁡5)=12ln⁡85.\begin{aligned} \int_0^1 g(x)\,dx &=\int_0^1 \frac{x+1}{x^2+2x+5}\,dx\\ &=\frac12\left[\ln(x^2+2x+5)\right]_0^1\\ &=\frac12(\ln 8-\ln 5)\\ &=\frac12\ln\frac85. \end{aligned}
  • c) Pentru n∈N∗n\in\mathbb N^*,
In=∫−11x2n−1f(x) dx=∫−11x2nx2+2x+5 dx.I_n=\int_{-1}^{1} x^{2n-1}f(x)\,dx =\int_{-1}^{1}\frac{x^{2n}}{x^2+2x+5}\,dx.

Pe [−1,1][-1,1],

x2+2x+5=(x+1)2+4≥4.x^2+2x+5=(x+1)^2+4\ge4.

Deoarece x2n≥0x^{2n}\ge0, avem

0≤In≤∫−11x2n4 dx=14⋅22n+1=12(2n+1).0\le I_n\le \int_{-1}^{1}\frac{x^{2n}}4\,dx =\frac14\cdot\frac{2}{2n+1} =\frac{1}{2(2n+1)}.

Cum

lim⁡n→+∞12(2n+1)=0,\lim_{n\to+\infty}\frac{1}{2(2n+1)}=0,

din criteriul cleștelui rezultă

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

Autoevaluare pentru punctaj maxim

  • Toate cele 18 subpuncte sunt rezolvate în ordine.
  • Calculele numerice, determinanții, condițiile de unicitate și cazurile pentru parametrul aa au fost verificate.
  • La Subiectul III.1, funcția este tratată pe domeniul real, iar condiția pentru parametrul mm este folosită la demonstrarea numărului exact de soluții.
  • Domeniile, condițiile de pozitivitate și argumentele pentru numărul exact de soluții au fost precizate.
  • Rezultatele finale sunt simplificate și evidențiate.